Científicos transforman agua pura en metal

 

El agua pura destilada no conduce la electricidad y es, por tanto, un aislante casi perfecto. Esto se debe a que contiene moléculas de H2O que están unidas entre sí a través de enlaces de hidrógeno. Los electrones de valencia permanecen unidos y no son móviles.

Para crear una banda de conducción con electrones en movimiento libre, el agua debería estar presurizada hasta tal punto que los orbitales de los electrones externos se superpongan. Ahora un grupo de científicos ha logrado esto en un laboratorio. Los resultados del trabajo fueron publicados en Nature.

Una colaboración internacional ha utilizado por primera vez un enfoque completamente diferente para producir una solución acuosa con propiedades metálicas. El equipo documentó esta transición de fase en el sincrotrón BESSY II. Para hacer esto, experimentaron con metales alcalinos, que liberan su electrón externo con mucha facilidad.

Sin embargo, se sabe que la química entre los metales alcalinos y el agua es explosiva. El sodio u otros metales alcalinos comienzan a arder inmediatamente en el agua. Pero el equipo encontró una manera de evitar esto. Pusieron un poco de agua en una gota de metal alcalino, una aleación de sodio-potasio (Na-K), que es líquida a temperatura ambiente.

El equipo instaló el experimento en una cámara de muestras de alto vacío en la línea de luz U49/2 de BESSY II. La cámara de muestra contiene una boquilla fina de la que gotea la aleación líquida de Na-K. La gota de plata crece durante unos 10 segundos hasta que se desprende de la boquilla.

A medida que la gota crece, algo de vapor de agua fluye hacia la cámara de muestra y forma una piel extremadamente delgada en la superficie de la gota, con solo unas pocas capas de moléculas de agua. Esto casi inmediatamente hace que los electrones, así como los cationes metálicos, se disuelvan de la aleación alcalina en el agua. Los electrones liberados en el agua se comportan como electrones libres en una banda de conducción.

“¡Se puede ver la transición de fase a agua metálica a simple vista!”, dice el Dr. Robert Seidel, quien supervisó los experimentos en BESSY II. “La gota plateada de sodio y potasio se cubre con un brillo dorado, lo cual es muy impresionante”.

La fina capa de agua metálica de color dorado permanece visible durante unos segundos. Esto permitió al equipo dirigido por el profesor Pavel Jungwirth, de la Academia Checa de Ciencias de Praga, demostrar con análisis espectroscópicos en BESSY II y en el IOCB de Praga que de hecho se trata de agua en estado metálico.

Otros planetas

Esta investigación es importante porque nos da una mejor comprensión de este tipo de transición de fase aquí en la Tierra. Además, también podría permitir un estudio más detallado de las condiciones extremas de alta presión dentro de los grandes planetas.

“Nuestro estudio no solo muestra que en la Tierra se puede producir agua metálica, sino que también caracteriza las propiedades espectroscópicas asociadas con su hermoso brillo metálico dorado”, dijo Seidel.

En los planetas de hielo como Neptuno y Urano, se cree que se arremolina el hidrógeno metálico líquido. Y es solo Júpiter en el que se cree que las presiones son lo suficientemente altas como para metalizar el agua pura. La perspectiva de poder replicar las condiciones dentro de un planeta gigante es emocionante.

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