Nước được biến thành kim loại óng ánh vàng

Trong một thí nghiệm quả là khó có thể tin được, Pavel Jungwirth và đồng nghiệp là Phil Mason đã biến nước tinh khiết thành kim loại, với khả năng cho dòng điện chạy qua... Bạn đọc có thể tìm xem video clip trên YouTube.

Ành dưới: Các electron từ một giọt natri và kali khuếch tán vào một lớp nước mỏng, làm nó chuyển sang màu vàng và có đặc tính kim loại. Credit: Philip E. Mason

Theo nghiên cứu được thực hiện tại Viện Hàn lâm Khoa học Séc, nước chưa lọc tinh khiết thì có thể dẫn điện. Các electron mang điện tích có thể dễ dàng di chuyển trong nước chưa lọc, bởi nó có chứa muối.

Tuy nhiên, nước tinh khiết chỉ chứa các phân tử nước, do đó nó không thể dẫn điện. Sau một thời gian, nhóm nghiên cứu gồm 15 nhà khoa học đã tìm ra phương pháp mới khiến nước tinh khiết có thể dẫn điện.

Về mặt lý thuyết, nếu đặt một áp suất đủ lớn lên nước tinh khiết, các phân tử nước sẽ bị nén bẹp dí với nhau và lớp vỏ hóa trị của chúng (lớp ngoài cùng gồm các electron bao quanh mỗi nguyên tử) sẽ chồng lên nhau. Điều này cho phép các electron di chuyển tự do giữa mỗi phân tử và về mặt kỹ thuật, nước sẽ biến thành kim loại vì đặc tính này.

Tác giả Pavel Jungwirth, nhà nghiên cứu hóa lý tại Viện Hàn lâm Khoa học Séc, cho biết vấn đề nằm ở chỗ để chuyển đổi nước thành trạng thái kim loại, người ta sẽ cần áp suất cực lớn (khoảng 15 triệu atmospheres, hay 220 triệu psi). Vì lý do này, các nhà khoa học nhận định rằng loại nước tồn tại ở dạng kim loại như vậy có thể được tìm thấy trong lõi của các hành tinh khổng lồ như Sao Mộc, Sao Hải Vương và Sao Thiên Vương, nơi hydro trở thành chất siêu dẫn.

Nhưng ông Jungwirth và các đồng nghiệp tự hỏi liệu họ có thể biến nước thành kim loại thông qua cách khác, thay vì phải cố tạo ra áp suất cực cao như trong lõi của Sao Mộc hay không.

Họ quyết định sử dụng kim loại kiềm, bao gồm các nguyên tố như natri và kali, nhưng chỉ giữ lại một electron trong lớp vỏ nguyên tử của chúng. Các kim loại kiềm có xu hướng “chia sẻ” electron này cho các nguyên tử khác khi hình thành liên kết hóa học, vì sự "mất" đi electron sẽ giúp kim loại kiềm bền vững hơn.

Trong thí nghiệm mới được đăng tải trên tạp chí Nature hôm 28/7/2021, nhóm nghiên cứu đặt một ống tiêm chứa đầy natri và kali trong một buồng chân không ở nhiệt độ phòng, sau đó nhỏ một giọt hợp chất để chúng tương tác với hơi nước.

Nước nhanh chóng đọng lại thành một lớp dày 0,1 micromet trên bề mặt của các kim loại trong hợp chất và electron từ chúng ngay lập tức đã di chuyển sang các giọt nước.

Jungwirth nói với tờ Nature News rằng ngay khi các electron di chuyển từ hợp chất kim loại kiềm sang nước, một điều khó tin đã xảy ra: chỉ trong một thời gian ngắn, nước chuyển sang màu vàng óng ánh như vàng thật.

Sử dụng phương pháp quang phổ, nhóm nghiên cứu đã có thể chỉ ra rằng lớp màu vàng chính là dấu hiệu cho thấy đặc tính kim loại của nước.

“Thật tuyệt vời, giống như chúng tôi vừa phát hiện ra một nguyên tố mới vậy” - Jungwirth nói.

Peter Edwards, một nhà hóa học tại Đại học Oxford, Vương quốc Anh cho biết: “Đây là một bước tiến quan trọng nhất"... "Ai có thể nghĩ rằng nó ... là đồng, hay là kim loại nước?"

Bài báo khoa học được đăng ở đây: Spectroscopic evidence for a gold-coloured metallic water solution