Одним из самых зрелищных опытов в классе химии является реакция натрия с водой — когда учитель бросает маленький кусочек металла в воду, происходит взрыв. Преподаватели проводят этот эксперимент на глазах ликующих учеников десятилетиями, но, как выяснилось в ходе нового исследования, сама реакция, стоящая за взрывом, долгое время понималась неправильно.

Ведущий автор нового исследования Павел Юнгвирт (Pavel Jungwirth) вместе с коллегами из Чешской академии наук в Праге опубликовал, можно сказать, революционную статью в журнале Nature Chemistry.

Как поясняют исследователи, взрыв является не только следствием воспламенения водорода, но и освобождения щелочных металлов от воды. По сути, реакция представляет собой быстрый исход электронов с последующим взрывом металла, обусловленный электрическим отталкиванием.

Натрий — серебристый металл, который остаётся относительно твёрдым при комнатной температуре.

«Чтобы получить зрелищный взрыв в ходе химической реакции, реагенты необходимо смешать быстро и эффективно. В случае с щелочными металлами, однако, водородный газ и пар, которые образуются на поверхности металла, должны предотвращать попадания на эту поверхность большого количества воды. А без постоянного пополнения запасов воды реакция должна быстро сойти на нет», — поясняет Юнгвирт.

Эксперимент проводил коллега Юнгвирта Филип Мейсон (Philip Mason). Он учёл, что натрий иногда (например, при неправильном хранении) может окислиться на поверхности и не взорваться, и чтобы получить желаемую реакцию, использовал в своём опыте сплав натрия и калия. Сплав представляет собой жидкость при комнатной температуре.

Мейсон капнул сплав в стакан с водой и заснял весь процесс на высокоскоростную камеру. Затем учёные, наконец, вычислили, что именно провоцирует бурную реакцию на ранних стадиях.

Реакция начинается меньше чем через миллисекунду после того, как металлическая капля, выпущенная из шприца, соприкасается с водой. Спустя всего 0,4 миллисекунды металл начинает выстреливать «шипами», и происходит это слишком быстро, чтобы быть вызванным одним лишь теплом, делают вывод учёные.

Более того, между 0,3 и 0,5 миллисекундами вокруг металлических шипов в жидкости образуются сине-фиолетовые облака. Ранее подобного химики не замечали.

Исследователи провели квантово-механическое компьютерное моделирование процесса с условием, что в реакции было задействовано всего 19 атомов натрия. Исследователи обнаружили, что каждый из атомов на поверхности металла теряет электрон в течение всего нескольких пикосекунд, и что эти электроны «выстреливают» в окружающую воду, где они окружаются молекулами воды.

Сольватированные электроны, как уже известно, имеют глубокий синий цвет, что непродолжительное время и наблюдается на видеозаписи.

Исход электронов оставляет кусок металла полным положительно заряженных ионов, которые отталкивают друг друга. В итоге происходит кулоновский взрыв, при котором металл разлетается на части в силу взаимного электростатического отталкивания ионов, делают вывод чешские учёные.

Исследование опубликовано в Nature Chemistry

На Земле впервые создана металлическая вода. Она оказалась золотой

Большинству людей, хоть что-то понимающих в физике и технике, может показаться удивительным, что вода, которая может ударить током, на самом деле является изолятором.

Все дело в примесях. Вода из-под крана проводит электрический ток благодаря содержащимся в ней солям. Дистиллированная же вода имеет свойства диэлектрика, потому что молекулы воды сами по себе электрически нейтральны.

Соответственно, чтобы сделать дистиллированную воду проводником, нужно изменить ее структуру таким образом, чтобы в ней появились свободные электроны.

Этого можно добиться, сжимая воду под давлением около 48 мегабар. По сути, таким образом можно «выдавить» электроны из молекул воды. Однако такое давление ни в лабораторных, ни в производственных условиях недостижимо. Оно, к сожалению, может существовать только в ядрах очень больших планет или звезд.

Другой способ наделить воду свободными электронами – отдать ей чужие. Этим и занялась команда исследователей, работающая на установке BESSY II в Берлине.

Установка для получения металлической воды.

Необычный эксперимент объединил 11 научных институтов разных стран мира. Ученые решили подарить воде электроны щелочных металлов, которые легко отдают их со внешних оболочек своих атомов.

Проблема состояла в том, как соединить воду со щелочным металлом, чтобы он поделился с ней своими электронами. Ведь в обычных условиях щелочные металлы, попадая в воду, шипят, воспламеняются и даже взрываются. Поэтому исследователи не стали погружать металл в воду, а нанесли тонкий слой воды на щелочной металл.

Внутри вакуумной камеры из сопла капал сплав натрия и калия. Поясним, что оба эти металла при комнатной температуре находятся в жидком состоянии. Затем в камеру по трубам подавался водяной пар. Он осаждался чрезвычайно тонким слоем на металлические капле.

Последовательность образования металлической воды на капле натрий-калиевого сплава. Она окрашивается в золотой цвет по мере того, как электроны и катионы металлов перемещаются в слой воды.

Электроны и катионы (атомы, лишенные электронов) металлов перетекали из капель в наружный слой воды. В итоге получалась проводящая электричество вода. То есть вода из диэлектрика (плохо проводящего ток) превратилась в металл.

«И вы можете увидеть фазовый переход воды в металл невооруженным глазом! – говорит Роберт Зайдель (Robert Seidel), автор исследования. – Серебристая натриево-калиевая капля становится отчетливо золотистой, что очень впечатляет».

Полученный образец короткоживущей металлической воды ученые изучили с помощью оптической и синхротронной рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Анализ подтвердил, что вода стала металлом.

«Наше исследование не только показывает, что металлическая вода может быть получена на Земле, но и обладает спектроскопическими свойствами, связанными с ее прекрасным золотистым металлическим блеском», – говорит Зайдель.

Результаты любопытного исследования были опубликованы в журнале Nature.

Ранее мы писали о том, как физики согнули в дугу волокно изо льда, как ученые ННГУ создали девятислойный кремний, который в 100 раз лучше излучает свет. А еще мы рассказывали, как физики вырастили гибкие, как резина, алмазы. О, наука, спасибо тебе за всю эту «магию»!

Больше новостей из мира науки вы найдёте в разделе «Наука» на медиаплатформе «Смотрим».

Как победить Metal Gear Survive Lord of Dust

Согласно истории Metal Gear Survive, Повелитель пыли — это существо из Страшной пыли, состоящее из самовоспроизводящихся медицинских наномашин. Самовоспроизводящейся части этого описания достаточно, чтобы понять, что Повелитель пыли будет грозным противником. Как же победить Повелителя пыли в Metal Gear Survive?

Бой с этим боссом проходит в 3 волны и всегда находится рядом с вашей базой. В волнах нет таймера, и единственный способ активировать следующую волну — убить всех Странников, брошенных на вашем пути.

Каждая волна, которую вы отбиваете, дает вам дополнительные возможности защиты. В сочетании с тем, что вы находитесь недалеко от своей базы, это означает, что вы всегда можете сделать перерыв между волнами, чтобы пополнить свой арсенал. Во время этих сражений вам на помощь придет Крис, поэтому научитесь рассчитывать на его помощь и прибегать к собственным запасам только в самых тяжелых случаях.

Бой с боссом Lord of Dust — волна 1

Эта волна состоит из Бомбардировщиков и Странников. Крис даст вам 2 слоя заграждений, несколько баррикад с шипами и 3 турели. Используйте турели, чтобы стрелять в тела бомбардировщиков. Они взорвутся над Странниками и уничтожат большинство из них. Чтобы увеличить количество убийств, используйте приманки, чтобы заставить Странников сгруппироваться, а затем взрывайте бомбардировщики, чтобы уничтожить больше.

Бой с боссом Повелитель пыли — волна 2

Вторая волна сложнее первой. Вам придется столкнуться с бомберами, странниками и минометами. Минометчики держатся до самого конца волны, поэтому вы можете использовать тот же прием, что и в первой волне. Крис даст вам 1 турель, 2 миномета и огненные пластины. Вы можете заманить Странников на огненные плиты и позволить им сгореть до смерти, что позволит сэкономить патроны. Используйте турель только для уничтожения бомбардировщиков и последней волны минометов.

Бой с боссом Lord of Dust — финальная волна

Последняя волна — самая сложная. Вы столкнетесь с наступающим скопищем бесконечных Странников и несколькими Бомбардировщиками. В самом конце будут следопыты, которые появятся после того, как вы разберетесь со Странниками и Бомбардировщиками.

В этой волне у вас будет 4 турели, очень много баррикад с шипами и 2 слоя заграждений. Используйте приманки, чтобы сгруппировать Странников перед взрывом бомбардировщиков над ними. Также тщательно прицеливайтесь перед стрельбой, чтобы сэкономить патроны.

Бережливость и использование наиболее эффективных и творческих способов убийства врага — лучший способ победить Повелителя пыли. Не распыляйтесь и не молитесь, никогда не упускайте возможность задержать нападающих с помощью пик/заборов или уничтожить группу, заманив и взорвав бомбардировщики.

Вода превращается в блестящий золотой металл

Электроны из капли натрия и калия диффундируют в тонкий слой воды, превращая его в золотой и придавая ему металлические свойства. Фото: Филип Э. Мейсон

Если вы не можете превратить воду в золото, как это сделал бы хороший алхимик, лучше всего превратить воду в блестящий металлический материал. Исследователи добились этого, сформировав тонкий слой воды вокруг щелочных металлов с общими электронами.

Вода оставалась в металлическом состоянии всего несколько секунд, но эксперимент не требовал высоких давлений, которые обычно необходимы для превращения неметаллических материалов в электропроводящие металлы.

Соавтор Павел Юнгвирт, физический химик из Чешской академии наук в Праге, говорит, что наблюдение за тем, как вода приобретает золотой блеск, было кульминацией его карьеры. Команда опубликовала свои выводы 28 июля в журнале Nature ¹ .

«Это очень важное достижение», — говорит Питер Эдвардс, химик из Оксфордского университета, Великобритания.«Кто бы мог подумать, что это… бронзовая, металлическая вода?»

Металлические неметаллы

Теоретически большинство материалов способны становиться металлическими при достаточном давлении. Атомы или молекулы могут быть сжаты вместе так сильно, что они начинают делиться своими внешними электронами, которые затем могут путешествовать и проводить электричество, как в куске меди или железа. Геофизики считают, что центры массивных планет, таких как Нептун или Уран, содержат воду в таком металлическом состоянии, и что металлический водород под высоким давлением может даже стать сверхпроводником, способным проводить электричество без какого-либо сопротивления.

Чтобы превратить воду в металл таким способом, потребуется ожидаемое давление в 15 миллионов атмосфер, что недостижимо для современных лабораторных методов, говорит Юнгвирт. Но он подозревал, что вода может стать проводящей альтернативным способом: заимствуя электроны у щелочных металлов. Эти реактивные элементы в группе 1 периодической таблицы, в которую входят натрий и калий, имеют тенденцию отдавать свой самый внешний электрон. В прошлом году Юнгвирт и его коллега Фил Мейсон — химик, который также известен тем, что снимает научные видеоролики на YouTube, — возглавили группу, которая продемонстрировала аналогичный эффект в аммиаке ² .Тот факт, что аммиак может стать блестящим в таких условиях, был известен британскому химику Хамфри Дэви в начале девятнадцатого века, указывает Эдвардс.

Видео эксперимента показывает, как вода на поверхности капли на несколько секунд становится блестящей и металлической. Предоставлено: Philip E. Mason

Команда хотела попробовать тот же подход с водой вместо аммиака, но столкнулась с проблемой: щелочные металлы склонны к взрывной реакции при смешивании с водой. Решение состояло в том, чтобы спроектировать экспериментальную установку, которая резко замедлила бы реакцию, чтобы она не была взрывоопасной.Исследователи наполнили шприц смесью натрия и калия, жидкой при комнатной температуре, и поместили ее в вакуумную камеру. Затем они с помощью шприца сформировали капли металлической смеси и подвергли их воздействию небольшого количества водяного пара. Вода конденсировалась на каждой капле и образовывала слой толщиной в одну десятую микрометра. Затем электроны из капли быстро диффундировали в воду вместе с положительными ионами металлов, и в течение нескольких секунд слой воды стал золотым.

Время имеет решающее значение

Эксперименты на синхротроне в Берлине подтвердили, что золотые отражения дают признаки, ожидаемые от металлической воды. По словам Юнгвирта, ключ к предотвращению взрыва заключался в том, чтобы найти промежуток времени, в котором диффузия электронов была быстрее, чем реакция между водой и металлами. «Им удалось достичь квазистационарного состояния, в котором физика металлизации побеждает химическое разложение», — говорит Эдвардс.

«Мы совсем не были уверены, что найдем его, — говорит Юнгвирт.«Это было потрясающе, как [когда] вы открываете новый элемент».

Юнгвирт говорит, что этот эксперимент был освежающим отдыхом от его основной работы, которая заключалась в проведении компьютерных симуляций в области органической химии, и напоминанием о том, что наука может быть интересной. «Это не то, на что вы можете получить грант, а то, чем вы можете заниматься по выходным», — говорит он. Это не первый раз, когда он сотрудничает с Мэйсоном в практическом эксперименте: в 2015 году два исследователя и их коллеги раскрыли механизм взрыва натрия при соприкосновении с водой ³ — эксперимент, который они поставили на балконе своего института. , потому что у них не было доступа к лаборатории.«Это всех бесило, потому что люди курили там», — вспоминает он. «Мы сказали: а можно балкон для взрывов?»

Вода как металл

В нормальных условиях чистая вода является почти идеальным изолятором.Вода приобретает металлические свойства только под экстремальным давлением, которое существует глубоко внутри больших планет. Теперь международное сотрудничество использовало совершенно другой подход к производству металлической воды и задокументировало фазовый переход в BESSY II. Исследование опубликовано в Nature .

Каждый ребенок знает, что вода проводит электричество, но это относится к «обычной» бытовой воде, содержащей соли.С другой стороны, чистая дистиллированная вода является почти идеальным изолятором. Он состоит из молекул H ₂ O, слабо связанных друг с другом водородными связями. Валентные электроны остаются связанными и неподвижными. Чтобы создать зону проводимости со свободно движущимися электронами, вода должна быть сжата до такой степени, чтобы орбитали внешних электронов перекрывались. Однако расчет показывает, что это давление присутствует только в ядре больших планет, таких как Юпитер.

Обеспечение электронами

Международное сотрудничество 15 ученых из одиннадцати исследовательских институтов впервые использовало совершенно другой подход для получения водного раствора с металлическими свойствами и задокументировало этот фазовый переход на BESSY II. Для этого они экспериментировали с щелочными металлами, которые очень легко отдают свой внешний электрон.

Предотвращение взрыва

Однако известно, что химия между щелочными металлами и водой взрывоопасна.Натрий или другие щелочные металлы сразу начинают гореть в воде. Но команда нашла способ держать под контролем эту бурную химию: они не бросали в воду кусок щелочного металла, а делали наоборот: на каплю щелочного металла капали немного воды, натрий-калиевый (Na-K) сплав, который является жидким при комнатной температуре.

Эксперимент на BESSY II

В BESSY II они поставили эксперимент в высоковакуумной камере образцов SOL ³ PES на линии пучка U49/2. Камера для образца содержит тонкое сопло, из которого капает жидкий сплав Na-K. Серебряная капля растет примерно 10 секунд, пока не отделится от сопла.По мере роста капли некоторое количество водяного пара поступает в камеру для образца и образует чрезвычайно тонкую пленку на поверхности капли, состоящую всего из нескольких слоев молекул воды. Это почти сразу же вызывает растворение электронов, а также катионов металлов из щелочного сплава в воду. Освобожденные электроны в воде ведут себя как свободные электроны в зоне проводимости.

Золотая бурдюк для воды

«Фазовый переход в металлическую воду можно увидеть невооруженным глазом! Серебристая натриево-калиевая капля покрывается золотым сиянием, что очень впечатляет», — сообщает доктор. Роберт Зайдель, руководивший экспериментами в BESSY II. Тонкий слой металлической воды золотого цвета остается видимым в течение нескольких секунд. Это позволило группе под руководством профессора Павла Юнгвирта, Чешская академия наук, Прага, доказать спектроскопическим анализом на BESSY II и в IOCB в Праге, что это действительно вода в металлическом состоянии.

Отпечатки металлической фазы

Двумя определяющими признаками металлической фазы являются плазмонная частота и зона проводимости.Группы смогли определить эти две величины с помощью спектроскопии оптического отражения и синхротронной рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии: В то время как плазмонная частота металлической «водяной кожи» золотого цвета составляет около 2,7 эВ (т. е. в синем диапазоне видимого света). , зона проводимости имеет ширину около 1,1 эВ с острым краем Ферми. «Наше исследование не только показывает, что металлическую воду действительно можно производить на Земле, но также характеризует спектроскопические свойства, связанные с ее красивым золотым металлическим блеском», — говорит Зайдель.

Цитата : Вода как металл (2021, 28 июля) получено 6 марта 2022 г. с https://физ.org/news/2021-07-metal.html

Этот документ защищен авторским правом. Помимо любой добросовестной сделки с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в ознакомительных целях.

Вода как металл — ScienceDaily

Каждый ребенок знает, что вода проводит электричество — но это относится к «обычной» обычной воде, которая содержит соли.С другой стороны, чистая дистиллированная вода является почти идеальным изолятором. Он состоит из молекул H ₂ O, слабо связанных друг с другом водородными связями. Валентные электроны остаются связанными и неподвижными. Чтобы создать зону проводимости со свободно движущимися электронами, вода должна быть сжата до такой степени, чтобы орбитали внешних электронов перекрывались. Однако расчет показывает, что это давление присутствует только в ядре больших планет, таких как Юпитер.

Предоставление электронов

Международное сотрудничество 15 ученых из одиннадцати исследовательских институтов впервые использовало совершенно другой подход для получения водного раствора с металлическими свойствами и задокументировало этот фазовый переход на BESSY II. Для этого они экспериментировали с щелочными металлами, которые очень легко отдают свой внешний электрон.

Предотвращение взрыва

Однако известно, что химия между щелочными металлами и водой взрывоопасна.Натрий или другие щелочные металлы сразу начинают гореть в воде. Но команда нашла способ держать под контролем эту бурную химию: они не бросали в воду кусок щелочного металла, а делали наоборот: на каплю щелочного металла капали немного воды, натрий-калиевый (Na-K) сплав, который является жидким при комнатной температуре.

Эксперимент на BESSY II

В BESSY II они поставили эксперимент в камере образцов высокого вакуума SOL³PES на линии пучка U49/2.Камера для образца содержит тонкое сопло, из которого капает жидкий сплав Na-K. Серебряная капля растет примерно 10 секунд, пока не отделится от сопла. По мере роста капли некоторое количество водяного пара поступает в камеру для образца и образует чрезвычайно тонкую пленку на поверхности капли, состоящую всего из нескольких слоев молекул воды. Это почти сразу же вызывает растворение электронов, а также катионов металлов из щелочного сплава в воду. Освобожденные электроны в воде ведут себя как свободные электроны в зоне проводимости.

Золотая бурдюк для воды

«Фазовый переход в металлическую воду можно увидеть невооруженным глазом! Серебристая натриево-калиевая капля покрывается золотым сиянием, что очень впечатляет», — сообщает доктор Роберт Зайдель, руководивший экспериментами на BESSY II. Тонкий слой металлической воды золотого цвета остается видимым в течение нескольких секунд. Это позволило группе под руководством профессора Павла Юнгвирта, Чешская академия наук, Прага, доказать спектроскопическим анализом на BESSY II и в IOCB в Праге, что это действительно вода в металлическом состоянии.

Отпечатки металлической фазы

Двумя определяющими признаками металлической фазы являются плазмонная частота и зона проводимости. Группы смогли определить эти две величины, используя спектроскопию оптического отражения и синхротронную рентгеновскую фотоэлектронную спектроскопию: В то время как плазмонная частота золотой металлической «водяной кожи» составляет около 2,7 эВ (т. е. в синем диапазоне видимого света). , зона проводимости имеет ширину около 1,1 эВ с острым краем Ферми.«Наше исследование не только показывает, что металлическую воду действительно можно производить на Земле, но также характеризует спектроскопические свойства, связанные с ее красивым золотым металлическим блеском», — говорит Зайдель.

Источник истории:

Материалы предоставлены Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) — Home . Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.

Вода превращается в металл? Это не магия, это физика.

Превращение воды в металл может показаться скрытой сверхспособностью, которую нам еще не открыл Доктор Стрэндж, но на самом деле это возможно в этой вселенной.

Это может звучать как волшебство, но под чрезвычайно высоким давлением вода может стать проводником — веществом, которое позволяет электронам или другим частицам, несущим электрический заряд, легко перемещаться по нему. Такое давление пока невозможно достичь в лаборатории. Это, похоже, не беспокоило физика Роберта Зайделя и его группу ученых, которые смогли найти другой способ придать H ₂ O нереальные металлические свойства.

Зайдель, который руководил исследованием, недавно опубликованным в журнале Nature, смог осуществить то, что могло сойти за вымышленную алхимию, поместив щелочной металл в воду. Смесь натрия и калия добавила в воду заряженные частицы, превратив ее в серебристо-золотистый металл, который может загипнотизировать вас, если вы будете смотреть на него слишком долго.

«Когда щелочной металл вступает в контакт с водой, он вступает в реакцию с водой с образованием гидроксида щелочного металла, водорода и тепла», — сказал он SYFY WIRE. «В атмосфере воздуха или кислорода водород может легко воспламениться и вступить в реакцию с кислородом в воде с выделением большого количества энергии. Тепловыделение настолько сильное, что даже сам металл начинает плавиться и гореть.

Сверхвысокое давление считалось единственным способом достичь этого раньше из-за того, как молекулы и атомы реагируют на его воздействие. По мере того, как частицы сжимаются ближе друг к другу, в конечном итоге возникает порог, когда уровень давления становится достаточно высоким, чтобы заставить верхние, более свободные молекулярные орбитали перекрываться в зону проводимости. Молекулярные орбитали являются результатом объединения орбиталей в атомах этой молекулы. Электроны (отрицательно заряженные) на этих орбиталях затем свободно перемещаются по полосе и вызывают электрический ток.

Гидроксиды щелочных металлов могут дать тот же результат с помощью альтернативной реакции. Они состоят из положительно заряженного иона или катиона щелочного металла и отрицательно заряженного иона гидроксида или аниона. Щелочные металлы легко высвобождают свои внешние электроны и могут давать взрывоопасные результаты при реакции с водой, даже без воздействия воздуха или кислорода. Причина, по которой они могут превращать воду в металл (хотя бы на несколько секунд), заключается в том, что они без особых проблем отпускают эти внешние электроны, точно так же, как это делает большинство веществ под сокрушительным давлением.

Электроны щелочных металлов перемещаются от металла к воде почти непостижимо быстро. Затем они становятся сольватированными электронами, способными разрывать химические связи и запускать интенсивные реакции. Все оставшиеся положительно заряженные ионы попадут в воду, и катионы и анионы отталкиваются друг от друга, что вызывает взрыв, но как насчет этого золотого блеска?

«Золотой цвет металлического водного раствора обусловлен плазмонной частотой», — сказал Зайдель. «Плазмоны — типичное металлическое свойство, вызванное флуктуациями (квази)свободных электронов.Для возбуждения плазмонов нужна энергия, которая обычно находится в оптическом или ближнем ультрафиолетовом диапазоне».

То, как вода предстает перед нами, зависит от того, какой свет поглощается, что наши глаза не могут видеть, и какой свет отражается, что мы можем видеть. Синий и зеленый свет поглощаются раствором, а желтый, красный и оранжевый свет отражаются белым светом или солнечным светом. Вот где происходит волшебство. Именно сочетание этих цветов создает впечатление, будто вода внезапно превратилась в золото.

Используя спектроскопию оптического отражения и синхротронную рентгеновскую фотоэлектронную спектроскопию, Зайдель и его команда смогли доказать, что они действительно индуцировали проводимость в воде, обнаружив энергию плазмонов и определив, сколько она производится. Плазмоны имеют большие длины волн. Положительный заряд катионов, которые остаются после того, как анионы попадают в воду, пытается вернуть их туда, где они были, что возбуждает плазмоны и заставляет их постоянно двигаться вперед и назад.

«Поскольку плазмоны являются типичным свойством металлов, появление плазмонного пика в спектре является выдающимся доказательством», — сказал Зайдель. «С помощью синхротронной рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии мы смогли точно определить (связывающую) энергию плазмонов».

Это также доказательство того, что если явление выглядит как магия, скорее всего, за ним стоит наука.

ученых открыли способ превращения воды в металл

Ученые из Чешской академии наук в Праге сделали важное открытие, подробно описывающее превращение воды в металл, даже если это всего лишь короткий момент времени.

Павел Юнгвирт, физик-химик, и его коллега Фил Мейсон недавно опубликовали результаты своих исследований, демонстрирующие подробности того, что происходит при растворении щелочных металлов в аммиаке. Эксперимент показал, что в результате этого процесса жидкость приобрела бронзовый оттенок. Позже аммиак был заменен водой, что изначально было рискованной демонстрацией, поскольку щелочные металлы обычно взрываются при контакте с водой.

Чтобы противодействовать взрыву, исследователи должны были найти способ рассеять электроны быстрее, чем реакция соединения воды и металла.Для борьбы с этим шприц, наполненный жидкой смесью натрия и калия при комнатной температуре, помещали в вакуумную камеру. Капли металла медленно вводили в небольшое количество водяного пара, что позволяло воде конденсироваться на капле, образуя слой толщиной в одну десятую микрометра. Поскольку электроны смогли диффундировать в воду из капли и вызвать кратковременное превращение жидкости в бронзу, это обеспечило правильное количество визуальных доказательств того, что вода достигла металлического состояния, пусть даже только на короткое время.

Открытие является большим достижением для научного сообщества, так как результаты опровергают гипотезу о том, что вода может превратиться в металлическое состояние только под экстремальным давлением. Так часто считалось, что вода находится в центре планет Нептуна или Урана.

Моя последняя книга: Как превратить воду в металлhttps://t.co/AicXXiiorp pic.twitter.com/KVib6M1J1j

— Давиде Кастельвекки (@dcastelvecchi) 28 июля 2021 г.

В других технических новостях Илон Маск раскритиковал Apple за сборы в магазине приложений: «Epic [Games] права.”

Металлы | Свойства воды

Различные типы металлов могут по-разному воздействовать на воду. Узнайте больше о мышьяке, кадмии , хроме , меди , свинце , ртути и селене .

МЫШЬЯК

ЧТО ТАКОЕ МЫШЬЯК?

Информационный бюллетень по мышьяку 

Мышьяк — природный полуметалл, обнаруженный в земной коре. это без запаха и безвкусный. Встречается в органической форме, безвредной для человека, и неорганической. форма, которая может иметь большие последствия для здоровья.Ручная стирка, купание, стирка и т. д. с вода с высоким содержанием неорганического мышьяка не представляет опасности для здоровья.

ЗАЧЕМ О МЫШЬЯКЕ?

При воздействии неорганического мышьяка люди испытывают негативные последствия для здоровья. То первые изменения, обычно наблюдаемые после длительного воздействия мышьяка, — это обесцвечивание кожи или аномальные наросты.Длительное воздействие мышьяка связано с повышенным риском поражения легких, мочевого пузыря, кожи, печени, почек, носовых ходов и рака предстательной железы. Другие эффекты включают утолщение и обесцвечивание кожи, тошнота, боль в животе, рвота, диарея, руки и ноги онемение, частичный паралич и слепота. Хотя употребление мышьяка полезно для здоровья беспокойство, поглощение мышьяка через кожу минимально.

КАДМИЙ

ЧТО ТАКОЕ КАДМИЙ?

Кадмий — это природный металл, содержащийся в низких концентрациях. Кадмий используется при производстве аккумуляторов, пигментов, стабилизаторов пластмасс, металлические покрытия, сплавы и электроника. Его также можно найти в довольно высоких концентрациях. в осадке сточных вод.

ЗАЧЕМ О КАДМИЕ?

Это несущественный элемент, что означает, что водная жизнь не использует его и повреждается металлом. Также было показано, что он оказывает токсическое воздействие на почки, дефекты костей, высокое кровяное давление и репродуктивные эффекты.

ХРОМ

ЧТО ТАКОЕ ХРОМ?

Хром не встречается в природе.Соединения хрома встречаются только в воде в следовых количествах (это означает, что он встречается только в небольших концентрациях). Элемент и его соединения могут сбрасываться в поверхностные воды на некоторых производствах. как краски, рафинирование металлов и дубление кожи.

ПОЧЕМУ НУЖЕН ХРОМ?

Трехвалентный хром является важным микроэлементом для человека.Вместе с инсулином он удаляет глюкозу из крови, а также играет жизненно важную роль в жировом обмене.

Однако шестивалентный хром чрезвычайно токсичен и известен своими генотоксичными канцерогенами. Может вызывать аллергические и астматические реакции, диарею, желудочные и кишечные кровотечения, судороги, поражение печени и почек. Шестивалентный хром оказывает мутагенное и токсическое действие могут передаваться детям через плаценту.

Узнать больше

МЕДЬ

ЧТО ТАКОЕ МЕДЬ?

Медь является распространенным микроэлементом, который встречается в природе в земной коре и поверхностные воды. Медь является отличным проводником электричества. Медь обычно встречается в водных системах в результате обоих природных источников, таких как геологические отложения, вулканические деятельность и эрозия горных пород и почв, а также антропогенные источники, такие как добыча полезных ископаемых деятельность, сельское хозяйство, металлургическое и электротехническое производство, шлам от государственных очистные работы, использование пестицидов — вот лишь некоторые из антропогенных источников, внесенных к поверхностным водам.

ПОЧЕМУ НУЖНА МЕДЬ?

 Медь является важным питательным веществом при низких концентрациях, однако при более высоких концентрациях медь токсична для водных организмов. Это может привести к неблагоприятным последствиям для выживания, роста, репродукции, а также изменения функции мозга, активности ферментов, химического состава крови, и метаболизм.

ПРОВОД

ЧТО ТАКОЕ СВИНЦ?

Информационный бюллетень о свинце

Свинец — это токсичный тяжелый металл, который можно найти в земной коре. Свинец обычно не естественным образом встречаются в питьевой воде, но могут присутствовать и в домашней сантехнике или водопроводные сети и загрязняют питьевую воду из-за коррозии водопроводных материалов.

ЗАЧЕМ О СВИНЦЕ?

Дети подвергаются наибольшему риску для здоровья в результате воздействия свинца. Воздействие свинца может привести к преждевременным родам, снижению массы тела при рождении, задержке физического и умственного развития у младенцев и детей ясельного возраста и вызывают трудности в обучении и небольшой дефицит внимания размах у детей.Накопление свинца у взрослых может вызвать высокое кровяное давление и проблемы с почками. Длительное воздействие высоких концентраций свинца также может вызвать анемия, инсульт, поражение нервной системы и рак.

Узнайте больше — EPA Основная информация о свинце в питьевой воде 

МЕРКУРИЙ

ЧТО ТАКОЕ МЕРКУРИЙ?

Ртуть представляет собой встречающийся в природе высокотоксичный металл и сильнодействующий нейротоксин.Это влияет функции и развития центральной нервной системы как у людей, так и у диких животных. Ученые обнаружили тревожные уровни накопления ртути у широкого круга диких животных. виды, вызывающие опасные репродуктивные и неврологические проблемы.

ЗАЧЕМ О РТУТИ?

Человеческая деятельность значительно повысила уровень содержания ртути в окружающей среде за последние несколько столетий.Когда ртуть падает на землю из воздуха, она образует в поверхностных водах и превращается в метилртуть — сильнодействующую форму ртути. который накапливается в тканях животных и человека. Метилртуть биоаккумулируется, это означает, что его концентрация увеличивается с каждым шагом вверх по пищевой цепочке. Когда люди потребляют большое количество рыбы, содержащей ртуть, они могут испытывать неврологические и желудочно-кишечные проблемы.В тяжелых случаях у людей может даже развиться Болезнь Чиссо-Минамата.

 Подробнее 

СЕЛЕН

ЧТО ТАКОЕ СЕЛЕН?

Селен — природный элемент, присутствующий в осадочных породах, фосфатах месторождения и почвы. Селен может попасть в поверхностные воды в результате выветривания и эрозии. или он также может быть выпущен во время деятельности, связанной с добычей полезных ископаемых, на угольных электростанциях и полив для сельского хозяйства.

ЗАЧЕМ НУЖЕН СЕЛЕН?

В небольших количествах селен является важным элементом для животных, но в более высоких концентрациях токсичен. Подобно ртути, она биоаккумулируется в водной пищевой цепи и подвергается хроническому воздействию. у рыб и водных беспозвоночных может вызвать уродство или гибель личинок. Когда это соединяется с гемоглобином, селен может повредить дыхательную систему рыб.Селен также токсичен для водоплавающих и других птиц, потребляющих водные организмы, содержащие избыточный уровень селена.

 ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ РЕСУРСЫ

Юта Уотер Уотч Гражданский мониторинг

Отдел качества воды штата Юта

Проверьте свою питьевую воду

В замечательном эксперименте ученые создали золотую каплю металлической воды

Слева чистая капля натрий-калиевого сплава, справа капля со слоем воды, в которой растворились электроны, освободившиеся от металла, придающие ему золотисто-металлический блеск.Предоставлено: Художественное оформление Томаша Беллоня / IOCB Прага

Чистая вода не является хорошим проводником электричества. По сути, это электрический изолятор. Чтобы проводить электричество, вода должна содержать, например, растворенные соли, но проводимость такого электролита относительно низкая, на несколько порядков ниже, чем у металлов. Можно ли производить воду с такой же проводимостью, как, скажем, медная проволока?

Ученые выдвинули гипотезу, что это может происходить в ядрах больших планет, где высокое давление сжимает молекулы воды до такой степени, что их электронные оболочки начинают перекрываться.В настоящее время создание такого давления на Земле превышает человеческие возможности, и поэтому предполагалось, что получение металлической воды в земных условиях останется труднодостижимой задачей в обозримом будущем. Однако международная группа исследователей во главе с Павлом Юнгвиртом из IOCB в Праге разработала новый метод, с помощью которого им удалось получить металлическую воду в земных условиях в течение нескольких секунд. Их статья была недавно опубликована в Nature .

Капля натрий-калиевого сплава, подвергнутая воздействию водяного пара при давлении 10-4 мбар. На капле образуется слой воды, в котором растворяются высвобожденные из металла электроны, придавая ей золотисто-металлический блеск. Предоставлено: Фил Мейсон / IOCB Прага

В идее использования огромного давления для получения металла из воды нет ничего нового. В принципе, молекулы воды можно сжать до такой степени, что их электронные оболочки начнут перекрываться и образовывать так называемую зону проводимости, подобную той, что имеется в металлических материалах.Необходимое давление в 50 Мбар (т.е. примерно в 50 миллионов раз больше, чем на поверхности Земли) можно найти в ядрах больших планет, но мы пока не в состоянии достичь его в земных условиях.

Растворение электронов

В сотрудничестве с исследователями из Университета Южной Калифорнии, Института Фрица Габера и других институтов команда Юнгвирта недавно разработала метод, который позволил им приготовить металлическую воду, полностью отказавшись от необходимости высокого давления.Этот метод основан на более ранних исследованиях группы Павла Юнгвирта, посвященных поведению щелочных металлов в воде и жидком аммиаке. Вдохновленные работой с растворами щелочного металла и жидкого аммиака, которые при высоких концентрациях ведут себя как металл, исследователи решили попытаться создать зону проводимости не за счет сжатия молекул воды, а за счет массового растворения электронов, высвобождаемых из щелочного металла. . Однако при этом им пришлось преодолеть фундаментальное препятствие: при попадании в воду щелочные металлы немедленно взрываются.

На первом изображении показана чистая капля натрий-калиевого сплава; на следующих изображениях мы видим каплю, подвергшуюся воздействию водяного пара при давлении 10-4 мбар. На капле образуется слой воды, в котором растворяются высвобожденные из металла электроны, придавая ей золотисто-металлический блеск. Предоставлено: Фил Мейсон / IOCB Прага

«Бросание натрия в воду — один из самых популярных школьных экспериментов, о котором снято множество видеороликов на YouTube. Как хорошо известно, когда вы бросаете кусок натрия в воду, вы получаете не металлическую воду, а немедленный и существенный взрыв, который выводит из строя ваше устройство», — говорит Юнгвирт, возглавляющий группу в IOCB в Праге, специализирующуюся на молекулярном моделировании.«Чтобы сдержать эту интенсивную и, для лабораторных целей, довольно контрпродуктивную химию, мы подошли к ней наоборот; вместо того, чтобы добавлять щелочной металл в воду, мы добавляли воду в металл».

Золотая капля металлической воды

Внутри вакуумной камеры исследователи подвергли каплю натриево-калиевого сплава небольшому количеству водяного пара, который начал конденсироваться на ее поверхности. Электроны, высвобождаемые из щелочного металла, растворяются в слое воды на поверхности быстрее, чем химическая реакция, приводящая к взрыву.Их было достаточно для преодоления критического предела образования зоны проводимости и, таким образом, образования металлического водного раствора, в котором помимо электронов содержались также растворенные катионы щелочных металлов и химически образовавшиеся гидроксид и водород.

Чистая капля натрий-калиевого сплава. Предоставлено: Фил Мейсон / IOCB Прага

«Благодаря этому мы смогли создать тонкий слой металлического водного раствора золотого цвета, который держался несколько секунд, и этого было достаточно, чтобы мы не только видели его своими глазами, но и измеряли спектрометрами», — говорит Юнгвирт, добавляя: «Мы более или менее присяжным соорудили необходимое оборудование в небольшой лаборатории нашего института в Праге, где также проводились первые эксперименты.Затем мы получили ключевые доказательства присутствия металлической воды с помощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии на синхротроне в Берлине».

Капля натрий-калиевого сплава, подвергнутая воздействию водяного пара при давлении 10-4 мбар. На капле образовался слой воды, в котором электроны, освободившиеся от металла, растворились, придав ему золотисто-металлический блеск. Предоставлено: Фил Мейсон / IOCB Прага

Исследование, проведенное учеными IOCB в Праге и их коллегами, не только показывает, что металлическую воду можно приготовить в земных условиях, но также дает подробную характеристику спектроскопических свойств, связанных с ее прекрасным золотисто-металлическим блеском.

Проф. Павел Юнгвирт, руководитель группы молекулярного моделирования IOCB в Праге. Предоставлено: Томас Беллон / IOCB Прага

Ссылка: «Спектроскопические данные о металлическом водном растворе золотого цвета», Филип Э. Мейсон, Х. Кристиан Шеве, Тилманн Баттерсак, Войтех Костал, Марко Витек, Райан С.