Vědcům se poprvé podařilo vyrobit kovovou vodu, výzkum vedl Čech

Vědcům se poprvé podařilo vyrobit kovovou vodu. Na úspěšnou metodu přišel mezinárodní tým vedený Pavlem Jungwirthem z Ústavu organické chemie a biochemie Akademie věd ČR (ÚOCHB). Využil k tomu slitinu sodíku a draslíku a vodní páru, uvedli zástupci ústavu. Článek o postupu publikoval prestižní časopis Nature. Dosud se předpokládalo, že připravit vodu s vodivostním pásem typickým pro kov v pozemských podmínkách nebude v dohledné době možné.

Čistá voda elektřinu prakticky nevede. Aby elektřinu vést mohla, musí obsahovat například rozpuštěné soli. Vodivost takového elektrolytu je ale podle ÚOCHB poměrně nízká, oproti kovům je nižší o několik řádů. Vědci předpokládají, že to, aby byla voda vodivá stejně jako třeba měděný drát, může nastat v jádrech velkých planet, kde vysoký tlak stlačí molekuly vody k sobě tak, že se začnou překrývat jejich elektronové obaly. Tím vznikne vodivostní pás typický pro kovové materiály. V pozemských podmínkách takového tlaku dosáhnout nelze, Jungwirthův tým však využil postup, který ho k přípravě kovové vody nepotřebuje.

My latest: How to turn water into a metalhttps://t.co/AicXXiiorp pic.twitter.com/KVib6M1J1j

— Davide Castelvecchi (@dcastelvecchi) July 28, 2021

Metoda je podle ústavu pokračováním dřívějšího výzkumu Jungwirthovy skupiny, který byl zaměřen na chování alkalických kovů ve vodě a v kapalném amoniaku. Vědce inspirovala práce s roztoky v kapalném amoniaku, které se při vysokých koncentracích chovají jako kov. Vodivostního pásu se tedy pokoušeli dosáhnout ne stlačením molekul vody, ale masivním rozpouštěním elektronů uvolňovaných z alkalického kovu. Museli se však vypořádat s tím, že alkalické vody po přidání do vody explodují.

"Mezi oblíbené školní experimenty a témata mnoha videí na youtube patří házení sodíku do vody. Jak je notoricky známo, po vhození kousku sodíku do vody se nevytvoří kovová voda, ale okamžitě následuje mohutná exploze ničící aparaturu," poznamenal Jungwirth. "Abychom tuto intenzivní a pro laboratorní účely ne moc použitelnou chemii zkrotili, šli jsme na to z druhé strany. Nepřidávali jsme alkalický kov do vody, ale vodu na kov," vysvětlil vědec.

Výzkumníci přechod ke "kovovému chování" na molekulární úrovni popsali už loni na jaře, článek o jejich objevu tehdy publikoval časopis Science. "Byla to taková přípravná práce, kdy jsme si to vyzkoušeli na kapalném amoniaku. Takové cvičení na to opravdové. A to opravdové je ta (kovová) voda," řekl Jungwirth. Upozornil, že si tým "hrál" i s výbuchy. "Tím, že jsme pochopili způsob, jak fungují výbuchy, jsme vymysleli i způsob, jak to obejít," uvedl vědec.

Úspěšná metoda spočívá v tom, že ve vakuové komoře vědci vystavili kapku slitiny sodíku a draslíku malému množství vodní páry, která začala kondenzovat na jejím povrchu. Takto se elektrony uvolňované z alkalického kovu rozpouštěly do vrstvy vody rychleji, než probíhá chemická reakce způsobující explozi. Bylo jich přitom dost na překonání hranice pro vytvoření vodivostního pásu. Vznikl kovový vodný roztok, který obsahoval jak tyto elektrony, tak i rozpuštěné alkalické kationty a chemicky vytvořený hydroxid a vodík.

"Díky tomu se nám na několik sekund podařilo vytvořit tenkou vrstvu zlatě zbarveného kovového vodního roztoku. To nám stačilo na to, abychom ji mohli nejen spatřit na vlastní oči, ale také proměřit spektrometry," řekl Jungwirth. "Potřebnou aparaturu jsme si přitom vyrobili více méně na koleni v malé laborce v našem pražském ústavu, kde také proběhly první experimenty. Klíčový důkaz přítomnosti kovové vody jsme pak získali pomocí rentgenové fotoelektronové spektroskopie na synchrotronu v Berlíně," doplnil vědec.

Tým tak dosáhl cíle, který Jungwirth už dříve označil za "nejvýbušnější sen". "Samozřejmě je tam spousta věcí ještě k dodělávání. Když jsme to dělali na tom amoniaku, tak jsme dokázali hrozně hezky zmapovat přechod od toho, kdy je to kov, kdy to už kov není. Z té zlaté barvy do modré. Něco podobného by mohlo jít i v té vodě. A myslím si, že to půjde," uvedl Jungwirth. Počin nyní označil za "hezký základní výzkum", který přináší nové poznatky a může přitáhnout studenty k chemii.

Na studii spolupracovali vědci z ÚOCHB, Univerzity Jižní Kalifornie, Institutu Fritze Habera v Berlíně a dalších institucí.