Kovová voda – fascinující experiment z českých luhů a hájů

Štítky

O vodě už jste toho jistě slyšeli spoustu. Ale o zvláštním druhu vody, který se chová jako kov, možná ještě nic. Jak taková voda může vypadat? K čemu vlastně je? A kdo s touto vodou přišel?

Kovovou vodu, ačkoliv její název zní trochu jako sci-fi, lze skutečně vytvořit a způsob, jak to učinit, objevila česká vědecká skupina pod vedením profesora Pavla Jungwirtha, který si dal před sebe složitý úkol – zajistit, aby voda byla elektricky vodivá. Z běžného života sice víme, že voda v přírodě vodivá je, ale jen díky v ní rozpuštěným iontům, což jsou malé částice nesoucí kladný nebo záporný elektrický náboj. V přírodě se ionty do vody dostávají rozpouštěním solí a minerálních látek, které se na naší planetě přirozeně vyskytují. Voda jako taková je ale elektrický izolant.1

Kovová voda
Obrázek 1: A) Kapka ze slitiny sodíku a draslíku, B) na slitině utvořená tenká vrstva kovové vody

Řešením problému, jak vodu učinit vodivou přirozeně, je její přeměna v kov a tím v tzv. kovovou vodu.

Dosud se předpokládalo, že v pozemských podmínkách nelze tento typ vody vyrobit, protože jediná navrhovaná metoda pro její přípravu zahrnovala použití enormně vysokého tlaku, který by dokázal stlačit molekuly vody k sobě tak, aby se jejich elektronové obaly začaly překrývat a vytvořily takzvaný vodivostní pás, jako je tomu v kovových materiálech.2

Český tým však vyřešil problém tím, že kontrolovaně dostal kovové elektrony z jiného materiálu přímo do vody. Tento proces nebyl nikterak jednoduchý, protože elektrony byly získány ze slitiny dvou alkalických kovů, sodíku (Na) a draslíku (K), které – jak známo z hodin chemie – při kontaktu s vodou explodují.

Vědci nejdříve zjistili, že alkalický kov ve vodě exploduje nikoli kvůli vysoké reaktivitě samotných elektronů v něm, ale v důsledku jejich uvolnění do vody v jeho blízkosti. Částice s přebytečným kladným nábojem, které v kovu zůstávají, se nicméně značně odpuzují. Toto odpuzování je natolik silné, že kus kovu okamžitě roztrhne.

Tým proto hledal způsob, jak uvolnit elektrony z alkalického kovu, aniž by došlo k jeho okamžité explozi, a zkusil obrátit klasický středoškolský experiment naruby: neházet kov do vody, ale místo toho nechat kondenzovat velmi malé množství vody přímo na alkalickém kovu (obr.2). Výsledkem byla velmi tenká vrstva (nanovrstva) zlatavě zbarvené kovové vody na povrchu slitiny sodíku a draslíku.

Kovová voda 2
Obrázek 2: Detail nanovrstvy kovové vody na kapce NaK

Objev byl publikován v světově proslulém časopise Nature a vyvolal velký zájem vědecké komunity. Profesor Pavel Jungwirth k tomu dodává: „Využití to teď nemá, ale třeba to zpopularizuje vědu”.

Reference:

Philip E. Mason, H. Christian Schewe, Tillmann Buttersack, Vojtech Kostal, Marco Vitek, Ryan S. McMullen, Hebatallah Ali, Florian Trinter, Chin Lee, Daniel M. Neumark, Stephan Thürmer, Robert Seidel, Bernd Winter, Stephen E. Bradforth, and Pavel Jungwirth. Spectroscopic evidence for a gold-coloured metallic water solution. Nature 2021. DOI: 10.1038/s41586-021-03646-5. www.nature.com/articles/s41586-021-03646-5

1Nevodivou vodu je možné získat vyčištěním běžné vody od nečistot. K tomu se používá proces známý jako demineralizace, který zbaví vodu iontů z rozpuštěných látek. Alternativní metodou k čištění vody může být destilace. Ta se dnes však již moc nevyužívá pro svoji energetickou náročnost.

​2Tlak by zřejmě musel dosahovat 500 miliard pascalů, což je 50miliontý násobek atmosférického tlaku anebo úroveň tlaku v jádře planety Jupiteru.

3Tomuto jevu se říká coulombická exploze.