Za normálních podmínek je voda nestlačitelná. V jádru těžkých planet ale existují takové podmínky a tak obří tlak, že by se tam dala voda stlačit. Měla by pak zcela unikátní vlastnosti. A právě takovou vodu nyní vytvořili laboratorně vědci z Akadmie věd.
Čistá voda prakticky nevede elektřinu, je to elektrický izolátor; aby elektřinu vést mohla, musí obsahovat například rozpuštěné soli. Vodivost takového elektrolytu je poměrně nízká, ve srovnání s kovy dokonce o několik řádů nižší.
Vědci už desítky let zkoumají, jestli je možné zařídit, aby voda byla vodivá stejně jako třeba měděný drát. Už dříve popsali, že teoreticky to možné je – mohlo by k tomu docházet například v jádrech obrovských a velmi hmotných planet, kde gigantický tlak dokáže stlačit molekuly vody k sobě do té míry, až se začnou překrývat jejich elektronové obaly.
Vyvinout takový tlak v pozemských podmínkách ale v současnosti není v lidských možnostech – proto se mělo za to, že připravit takovou „kovovou vodu“ na Zemi nebude v dohledné době možné. Mezinárodní vědecký tým vedený Pavlem Jungwirthem z Ústavu organické chemie a biochemie Akademie věd ale přišel s novou metodou, díky níž se mu podařilo kovovou vodu na několik sekund vytvořit i v pozemských podmínkách. Jejich článek teď vyšel v prestižním vědeckém časopise Nature.
V principu by mělo být možné stlačit molekuly vody k sobě tak, že by se začaly jejich elektronové obaly překrývat a vytvořily takzvaný vodivostní pás, jaký existuje v kovových materiálech. „Potřebný tlak 50 Mbar (tedy tlak asi 50milionkrát větší než na zemském povrchu) najdeme v jádrech velkých planet, v pozemských podmínkách jej však zatím dosáhnout nedokážeme,“ uvedli vědci.
Voda jako kov
Tým Pavla Jungwirtha z Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR (ÚOCHB) ve spolupráci s vědci z Univerzity Jižní Kalifornie, Institutu Fritze Habera a dalších institucí ale přišel s metodou, díky které se mu podařilo potřebě vysokého tlaku při přípravě kovové vody zcela vyhnout.
Metoda navazuje na dřívější výzkum skupiny Pavla Jungwirtha zaměřený na chování alkalických kovů ve vodě a kapalném amoniaku. Inspirováni prací s roztoky alkalických kovů v kapalném amoniaku, které se při vysokých koncentracích chovají jako kov, rozhodli se vědci dosáhnout vytvoření vodivostního pásu nikoli stlačením molekul vody k sobě, ale masivním rozpouštěním elektronů uvolňovaných z alkalického kovu.
Při tom však potřebovali překonat zásadní překážku spočívající ve skutečnosti, že alkalické kovy po přidání do vody okamžitě explodují.
„Mezi oblíbené školní experimenty a témata mnoha videí na YouTube patří házení sodíku do vody. Jak je notoricky známo, po vhození kousku sodíku do vody se nevytvoří kovová voda, ale okamžitě následuje mohutná exploze ničící aparaturu,“ říká Jungwirth. „Abychom tuto intenzivní a pro laboratorní účely ne moc použitelnou chemii zkrotili, šli jsme na to z druhé strany. Nepřidávali jsme alkalický kov do vody, ale vodu na kov.“
Zlatě kovový lesk
Uvnitř vakuové komory vystavili vědci kapku slitiny sodíku a draslíku malému množství vodní páry, která začala kondenzovat na jejím povrchu. Tímto postupem se elektrony uvolňované z alkalického kovu rozpouštěly do vrstvičky vody na jejím povrchu rychleji, než probíhá chemická reakce vedoucí k explozi.
Jejich množství bylo dostatečné k překonání kritické hranice pro vytvoření vodivostního pásu, a tedy vytvoření kovového vodného roztoku, který kromě těchto elektronů obsahoval i rozpuštěné alkalické kationty a chemicky vytvořený hydroxid a vodík.
„Díky tomu se nám na několik sekund podařilo vytvořit tenkou vrstvu zlatě zbarveného kovového vodního roztoku. To nám stačilo na to, abychom ji mohli nejen spatřit na vlastní oči, ale také proměřit spektrometry,“ říká Pavel Jungwirth a dodává: „Potřebnou aparaturu jsme si přitom vyrobili více méně na koleni v malé laborce v našem pražském ústavu, kde také proběhly první experimenty. Klíčový důkaz přítomnosti kovové vody jsme pak získali pomocí rentgenové fotoelektronové spektroskopie na synchrotronu v Berlíně.“
Studie vědců z Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR a jejich kolegů, publikovaná nyní v časopise Nature, dokazuje nejen to, že kovovou vodu je možné připravit i v pozemských podmínkách, ale také detailně popsal spektroskopické vlastnosti spojené s jejím nádherným zlatě kovovým leskem.
