Jak vypadá kovová voda?

30. 08. 2021 8:00:50
Jak by mohla vypadat kovová voda v nitru obřích planet? Nedávno se povedlo v laboratoři zhotovit vodu s kovovými vlastnostmi. (délka blogu 3 min.)

Experiment vypadá zajímavě. Z maličké trysky, umístěné ve vakuové komoře, pomalu kape slitina draslíku a sodíku. Oba kovy totiž vytvořily kapalnou směs. Během experimentu pak vědci do vakua zaváděli vodní páru. Obešli tím tak jednu problematickou vlastnost alkalických kovů (sodíku a draslíku): když se dostanou do vodního prostředí, reagují s vodou tak silně, že vyvolají silnou explozi.

Jakkoliv je výbuch oblíbeným chemickým pokusem, během zmiňovaného experimentu dojde k něčemu ještě zajímavějšímu. Povrch tekutiny, vytvořené ze dvou alkalických kovů, se najednou začne zbarvovat zlatavě a později lehce zčervená. Pak se kapka odtrhne a spadne do dolní části experimentální komory. Na ústí trysky se vytvoří další kapka, která se začne rychle barvit zlatě. Co se tu vlastně stalo?

Kovy

Kovy charakterizují některé typické vlastnosti: mají vysokou elektrickou vodivost která ovšem klesá s narůstající teplotou. Kromě toho vedou dobře teplo. Dají se poměrně snadno deformovat a na první pohled upoutají většinou vysokým leskem, takže se na nich dá pozorovat zrcadlení obrazu.

Všechny tyto vlastnosti jsou způsobeny strukturou kovů. Atomy v kovech jsou uspořádány do mřížky. Své vnější elektrony (které jinak v látkách tvoří chemické vazby) pak vzájemně sdílejí. Jejich “chemické” elektrony se mohou materiálem volně pohybovat.

Není kov jako kov

Z toho mimochodem vyplývá, že jeden atom kovu sám o sobě kovové vlastnosti vykazovat nebude. Ty vznikají až tehdy, když je atomů kovu více, mohou se uspořádat do mřížky a disponují určitým množstvím volných pohyblivých elektronů.

Mimo jiné to ovšem také znamená, že se při velice rychlém ochlazení tekutého kovu nemusí nutně tvořit kovová mřížka, ve které jsou atomy uspořádány pravidelně. Prudké ochlazení způsobuje, že atomy nemají dost času, aby našly své (přírodou zamýšlené) místo. V takovém materiálu pak budou atomy rozmístěny naopak chaoticky - vzniká kovové sklo.

Kovy se dají vytvořit dokonce i z nekovových prvků, které si za běžných podmínek své valenční (za chemické vazby zodpovědné) elektrony ponechávají samy pro sebe. Dá se toho dosáhnout například pomocí vysokého tlaku. Typickým příkladem je vodík, který se nachází v nitru obřích planet - typu Jupitera.

Kovová voda

Na Zemi se takové podmínky vytvářejí jen těžko. Na to, aby se mohla stát kovem běžná čistá voda, by byl například potřeba tlak 48 000 000x vyšší, než jaký panuje na povrchu naší planety. Tak vysoký tlak se zatím nepodařilo vytvořit ani při fyzikálních experimentech.

Vědci, kteří chtěli vytvořit kovou vodu, si tedy museli si najít jinou metodu. Zvolili ... v dnešní době tak oblíbené sdílení a dotaci.

Během výše zmíněného experimentu se sdílejí elektrony, které patří skutečnému kovu, s tenoučkou vodní vrstvičkou. Ta je silná jen několik atomových vrstev. Elektrony z alkalických kovů tedy dotují materiál vody a vytvářejí v něm stejný stav, jaký pozorujeme u klasických kovů..

Jev se dá pozorovat nejen očima, ale také hlavně pomocí přístrojů, které jednoznačně potvrdily - v případě tenoučké vrstvy vody na kapce tekuté slitiny sodíku a draslíku - se skutečně jedná o kovový materiál s typickými kovovými vlastnosti.

Co se vlastně stalo?

Ve vakuové komoře vědci vytvořili poměrně vysoké vakuum (kolem 10−4 milibarů). Vodní pára, kterou pak zavedli do experimentální komory, se začala srážet na vnitřních površích - mimo jiné také na kapce kovové alkalické slitiny. Tím se vytvořila tenoučká vrstva vody, která ovšem byla příliš nepatrná na to, aby způsobila (ve školních hodinách chemie tak oblíbenou) výbušnou reakci.

Touto vrstvičkou vody pak pronikly elektrony z kovového materiálu kapky - a tím z ní vznikl materiál s kovovými vlastnostmi. Celý experiment je vidět na horním videu.

A kolik elektronů vlastně změnilo své bydliště a osídlilo vodní vrstvičku? Měření ukázala, že se v ní nachází zhruba 5 × 10 +21 elektronů na centimetr krychlový vodního materiálu. Pro srovnání u čistého sodíku je to 2,65 x 10 +22 na cm3 a u draslíku 1,40 x 10 +22 v krychlovém centimetru materiálu.

Zdroje:https://qnap.e3.physik.tu-dortmund.de/suter/Vorlesung/Festkoerperphysik_WS16/5_Elektronen.pdf, https://www.nature.com/articles/s41586-021-03646-5



Autor: Dana Tenzler | pondělí 30.8.2021 8:00 | karma článku: 25.40 | přečteno: 549x

Další články blogera

Dana Tenzler

Barvy v kuchyni (3) - přírodní červená

Blíží se Velikonoce. Napadlo vás někdy, čím se vlastně barví velikonoční vajíčka? Jakými přírodními nebo umělými barvivy se dá jídlo barvit dnes a jak tomu bylo v minulosti? (délka blogu 3 min.)

28.3.2024 v 8:00 | Karma článku: 13.13 | Přečteno: 122 | Diskuse

Dana Tenzler

Barvy v kuchyni (2) - průmyslová žlutá

Blíží se Velikonoce. Napadlo vás někdy, čím se vlastně barví velikonoční vajíčka? Jakými přírodními nebo umělými barvivy se dá jídlo barvit dnes a jak tomu bylo v minulosti? (délka blogu 3 min.)

25.3.2024 v 8:00 | Karma článku: 14.44 | Přečteno: 189 | Diskuse

Dana Tenzler

Barvy v kuchyni (1) - přírodní žlutá

Blíží se Velikonoce. Napadlo vás někdy, čím se vlastně barví velikonoční vajíčka? Jakými přírodními barvivy se dá jídlo barvit dnes a jak tomu bylo v minulosti? První díl seriálu o barvách.

21.3.2024 v 8:00 | Karma článku: 18.12 | Přečteno: 293 | Diskuse

Dana Tenzler

Čokoládoví velikonoční zajíčci

Blíží se Velikonoce. Napadlo vás někdy, odkud se vlastně vzali velikonoční zajíčci a vajíčka z čokolády, kterých jsou před velikonocemi plné obchody? (délka blogu 3 min.)

18.3.2024 v 8:00 | Karma článku: 22.20 | Přečteno: 391 | Diskuse

Další články z rubriky Věda

Dana Tenzler

Barvy v kuchyni (3) - přírodní červená

Blíží se Velikonoce. Napadlo vás někdy, čím se vlastně barví velikonoční vajíčka? Jakými přírodními nebo umělými barvivy se dá jídlo barvit dnes a jak tomu bylo v minulosti? (délka blogu 3 min.)

28.3.2024 v 8:00 | Karma článku: 13.13 | Přečteno: 122 | Diskuse

Zdenek Slanina

Problém co začal už Arrhenius: Kysličník uhličitý a doba ledová - a teď i sopečné aktivity

Už S. Arrhenius řešil vztah obsahu CO2 v atmosféře i k době ledové. Tehdy hlavně ukázal, že jeho navyšování v atmosféře povede k nárůstu její teploty. Nyní výzkumy z univerzity v Sydney ukazují na roli sopek v nástupu ochlazování.

26.3.2024 v 5:22 | Karma článku: 24.19 | Přečteno: 514 |

Martin Tuma

Berte Viagru, dokud si na to vzpomenete

Rozsáhlá studie odhalila významné snížení výskytu Alzheimerovi nemoci u pravidelkných uživatelů Viagry

25.3.2024 v 14:17 | Karma článku: 13.60 | Přečteno: 303 | Diskuse

Dana Tenzler

Barvy v kuchyni (2) - průmyslová žlutá

Blíží se Velikonoce. Napadlo vás někdy, čím se vlastně barví velikonoční vajíčka? Jakými přírodními nebo umělými barvivy se dá jídlo barvit dnes a jak tomu bylo v minulosti? (délka blogu 3 min.)

25.3.2024 v 8:00 | Karma článku: 14.44 | Přečteno: 189 | Diskuse

Dana Tenzler

Barvy v kuchyni (1) - přírodní žlutá

Blíží se Velikonoce. Napadlo vás někdy, čím se vlastně barví velikonoční vajíčka? Jakými přírodními barvivy se dá jídlo barvit dnes a jak tomu bylo v minulosti? První díl seriálu o barvách.

21.3.2024 v 8:00 | Karma článku: 18.12 | Přečteno: 293 | Diskuse
Počet článků 962 Celková karma 19.70 Průměrná čtenost 1288

Zajímám se o přírodní vědy. Píšu o tom, co mě zaujalo při toulkách internetem. Vzhledem k občastým dotazům - ano, skutečně mám vzdělání. Ne, nebudu tu vypisovat všechny svoje tituly, knihy a vědecké práce. Tenhle blog provozuji ve svém volném čase pro radost. 

Pokud vás blog pobaví nebo se v něm dočtete něco zajímavého - je jeho účel splněn. Přijďte si popovídat do diskuze, často je ještě zajímavější než blog sám, díky milým a znalým návštěvníkům. 

Smoljak nechtěl Sobotu v Jáchymovi. Zničil jsi nám film, řekl mu

Příběh naivního vesnického mladíka Františka, který získá v Praze díky kondiciogramu nejen pracovní místo, ale i...

Rejžo, jdu do naha! Balzerová vzpomínala na nahou scénu v Zlatých úhořích

Eliška Balzerová (74) v 7 pádech Honzy Dědka přiznala, že dodnes neví, ve který den se narodila. Kromě toho, že...

Pliveme vám do piva. Centrum Málagy zaplavily nenávistné vzkazy turistům

Mezi turisticky oblíbené destinace se dlouhá léta řadí i španělská Málaga. Přístavní město na jihu země láká na...

Kam pro filmy bez Ulož.to? Přinášíme další várku streamovacích služeb do TV

S vhodnou aplikací na vás mohou v televizoru na stisk tlačítka čekat tisíce filmů, seriálů nebo divadelních...

Stále víc hráčů dobrovolně opouští Survivor. Je znamením doby zhýčkanost?

Letošní ročník reality show Survivor je zatím nejkritizovanějším v celé historii soutěže. Může za to fakt, že už...