Zuiver water is een bijna perfecte isolator.
Ja, water uit de natuur geleidt elektriciteit, maar dat komt door de onzuiverheden die erin zitten, die oplossen in vrije ionen die elektrische stroom laten stromen. Zuiver water wordt pas ‘mineraal’ – elektronisch geleidend – bij extreem hoge drukken, wat onze huidige laboratoriumproductiemogelijkheden te boven gaat.
Maar zoals onderzoekers in 2021 voor het eerst hebben aangetoond, zijn het niet alleen hoge drukken die dit mineraal in zuiver water kunnen stimuleren.
Door zuiver water in contact te brengen met een elektronendelend alkalimetaal – in dit geval een legering van natrium en kalium – kunnen vrij bewegende geladen deeltjes worden toegevoegd, waardoor het water in een metaal verandert.
De resulterende geleidbaarheid duurt slechts een paar seconden, maar het is een belangrijke stap in de richting van het kunnen begrijpen van deze fase van water door deze rechtstreeks te bestuderen.
“De overgangsfase naar mineraalwater kun je met het blote oog zien!” Natuurkundige Robert Seidel van het Helmholtz Berlin Center for Materials and Energy in Duitsland uitleggen In 2021 toen het onderzoek werd gepubliceerd.
“De zilveren natrium-kaliumdruppel bedekt zichzelf met een gouden gloed, wat zeer indrukwekkend is.”
border-frame=”0″ allow=”accelerometer; autoplay; schrijven naar klembord; gecodeerde media; gyroscoop; picture-in-picture; web-sharing”allowfullscreen>
Onder druk die hoog genoeg is, kan vrijwel elk materiaal theoretisch een geleider worden.
Het idee is dat als je de atomen stevig genoeg samendrukt, de orbitalen van de buitenste elektronen elkaar gaan overlappen, waardoor ze kunnen bewegen. Voor water bedraagt deze druk ongeveer 48 megabar, iets minder dan 48 miljoen keer de atmosferische druk op zeeniveau.
Hoewel er in een laboratoriumomgeving hogere drukken zijn ontstaan, zouden dergelijke experimenten niet geschikt zijn voor het bestuderen van mineraalwater. Daarom richtte een team van onderzoekers onder leiding van organisch chemicus Pavel Jungwirth van de Tsjechische Academie van Wetenschappen in Tsjechië zich op alkalimetalen.
Deze materialen geven hun buitenste elektronen heel gemakkelijk vrij, wat betekent dat ze de elektronendelende eigenschappen van zuiver water onder hoge druk kunnen induceren zonder dat er hoge druk nodig is.
Er is slechts één probleem: alkalimetalen reageren dramatisch met vloeibaar water, soms tot ontploffing (er zijn… Echt een leuk filmpje hieronder).
Laat het metaal in het water vallen en je krijgt kaboom.
border-frame=”0″ allow=”accelerometer; autoplay; schrijven naar klembord; gecodeerde media; gyroscoop; picture-in-picture; web-sharing”allowfullscreen>
Het onderzoeksteam heeft een hele coole manier gevonden om dit probleem op te lossen. Wat als er water aan het metaal werd toegevoegd in plaats van dat het metaal aan het water werd toegevoegd?
In een vacuümkamer begon het team met het uitstoten van een kleine druppel natrium-kaliumlegering uit een mondstuk, dat bij kamertemperatuur vloeibaar is, en voegde vervolgens heel voorzichtig een dunne laag zuiver water toe door middel van opdamping.
Bij contact stroomden elektronen en metaalkationen (positief geladen ionen) vanuit de legering het water in.
Hierdoor kreeg het water niet alleen een gouden glans, maar werd het water ook geleidend – zoals we dat ook zouden moeten zien in zuiver mineraalwater onder hoge druk.
Dit werd bevestigd met behulp van optische reflectiespectroscopie en synchrotron-röntgenspectroscopie.
De twee kenmerken – de gouden glans en de geleidende strip – beslaan twee verschillende frequentiebanden, waardoor ze duidelijk konden worden geïdentificeerd.
Naast dat het ons een beter begrip geeft van deze faseovergang hier op aarde, zou het onderzoek ook een nader onderzoek mogelijk kunnen maken van de omstandigheden van extreme hoge druk in grote planeten.
Er wordt gedacht dat in de ijzige planeten van het zonnestelsel, Neptunus en Uranus, vloeibaar metallisch waterstof rondwervelt. Jupiter is de enige planeet waarvan wordt aangenomen dat de druk hoog genoeg is om zuiver water te mineraliseren.
Het vooruitzicht om de omstandigheden op een gigantische planeet in ons zonnestelsel te kunnen nabootsen is werkelijk opwindend.
“Ons onderzoek laat niet alleen zien dat mineraalwater inderdaad op aarde kan worden geproduceerd, maar karakteriseert ook de spectrale eigenschappen die verband houden met de prachtige goudmetallic glans.” zei Seidel.
Het onderzoek is gepubliceerd in natuur.
Een eerdere versie van dit artikel verscheen in juli 2021.
‘Webgeek. Wannabe-denker. Lezer. Freelance reisevangelist. Liefhebber van popcultuur. Gecertificeerde muziekwetenschapper.’
