매혹적인 실험에서 과학자들은 미네랄 워터의 황금 방울을 만들었습니다.

왼쪽에는 순수한 나트륨-칼륨 합금 방울이 있고, 오른쪽에는 물 층이 있는 방울이 있습니다. 전자는 용해된 금속에서 해방되어 황금빛 광택을 냅니다. 크레딧: Tomáš Belloň / IOCB Prague의 예술적 렌더링

순수한 물은 전기가 잘 통하지 않습니다. 실제로 전기 절연체입니다. 예를 들어, 전기를 전도하려면 물에 용해된 염이 포함되어 있어야 하지만 이러한 전해질의 전도도는 미네랄보다 몇 배나 낮고 상대적으로 낮습니다. 예를 들어 구리선과 같은 전도성 물을 생산할 수 있습니까?

과학자들은 고압이 물 분자를 압축하여 전자 껍질이 겹치기 시작하는 큰 행성의 핵에서 이런 일이 발생할 수 있다고 가정했습니다. 현재 지구에 이러한 유형의 압력을 생성하는 것은 인간의 능력을 초월하므로 육상 조건에서 광천수를 준비하는 것은 가까운 미래에 어려운 목표로 남을 것으로 가정되었습니다. 그러나 IOCB 프라하의 Pavel Jungwirth가 이끄는 국제 연구팀은 몇 초 동안 지속되는 지하 조건에서 미네랄 워터를 만드는 데 성공한 새로운 방법을 개발했습니다. 그들의 논문은 최근에 자연.

나트륨-칼륨 드롭 주괴 4-10mbar의 수증기에 노출됩니다. 금속에서 방출된 전자가 용해되면서 물방울에 물 층이 형성되어 황금빛 광택을 냅니다. 크레딧: Phil Mason/IOCB 프라하

물에서 금속을 만들기 위해 엄청난 압력을 사용한다는 아이디어는 새로운 것이 아닙니다. 원칙적으로 물 분자를 압축하여 전자 껍질이 겹치기 시작하여 금속 물질과 유사한 소위 전도대를 형성하는 것이 가능해야 합니다. 50메가바(지구 표면의 압력보다 약 5천만 배 더 큰 압력)의 요구되는 압력은 큰 행성의 코어에서 찾을 수 있지만, 우리는 아직 지상 조건에서 이를 달성할 수 없었습니다.

전자붕괴

Southern California 대학, Fritz Haber Institute 및 기타 기관의 연구원들과 협력하여 Jungwirth의 팀은 최근 고압의 필요성을 완전히 피하면서 미네랄 워터를 준비할 수 있는 방법을 개발했습니다. 이 방법은 물과 액체 암모니아에서 알칼리 금속의 거동에 초점을 맞춘 Pavel Jungwirth 그룹의 이전 연구를 기반으로 합니다. 금속처럼 고농도로 작용하는 알칼리 액체 금속 암모니아 용액으로 작업하는 데 영감을 받아 연구원들은 물 분자를 압축하는 것이 아니라 알칼리 금속에서 방출되는 전자를 대량으로 용해시켜 전도대를 생성하기로 결정했습니다. 그러나 그들은 근본적인 장애물을 극복해야 했습니다. 물에 들어가면 알칼리 금속이 즉시 폭발한다는 것입니다.

수증기의 영향에 노출된 나트륨-칼륨 합금 방울의 진화

첫 번째 사진은 나트륨-칼륨 합금의 순수한 방울을 보여줍니다. 다음 이미지에서 10-4mbar에서 수증기의 영향에 노출된 물방울을 볼 수 있습니다. 금속에서 방출된 전자가 용해되면서 물방울에 물 층이 형성되어 황금빛 광택을 냅니다. 크레딧: Phil Mason/IOCB 프라하

“나트륨을 물에 담그는 것은 학교에서 가장 흔히 볼 수 있는 실험 중 하나이자 많은 유튜브 영상의 주제입니다. 잘 알려진 바와 같이 나트륨의 일부를 물에 던지면 미네랄 워터가 아니라 순간적으로 엄청난 폭발이 일어납니다. 분자 모델링을 전문으로 하는 IOCB Prague의 그룹을 이끌고 있는 Jungwirth의 말입니다. “이 강렬한 화학을 포함하기 위해 그리고 실험실 목적을 위해 역효과 화학 대신에 그것을 반대로 처리했습니다. 물에 알칼리 금속을 첨가하는 대신 금속에 물을 첨가했습니다.”

미네랄 워터의 황금 드롭

연구원들은 진공 챔버 안에서 나트륨-칼륨 합금 한 방울을 소량의 수증기에 노출시켰고, 이는 표면에 응축되기 시작했습니다. 폭발을 일으키는 화학 반응보다 더 빠르게 표면의 수층에 용해된 알칼리 금속에서 전자가 방출됩니다. 전도대를 형성하는 임계 한계를 극복하고 결과적으로 광천수 용액을 생성하기에 충분한 양이 있었습니다. 이 용액은 전자 외에도 용해된 알칼리 양이온과 화학적으로 형성된 수산화물 및 수소를 포함합니다.

순수한 나트륨-칼륨 합금 한 방울

순수한 나트륨-칼륨 합금 한 방울. 크레딧: Phil Mason/IOCB 프라하

“이 덕분에 우리는 금색 광천수 용액의 얇은 층을 몇 초 동안 지속시킬 수 있었고 그것은 우리 눈으로 볼 수 있을 뿐만 아니라 분광기로도 측정하기에 충분했습니다. ” Jungfirth는 다음과 같이 덧붙였습니다. “우리는 작은 실험실에 필요한 장치를 어느 정도 갖추었습니다. 첫 번째 실험도 수행된 프라하의 우리 연구소에서. 그런 다음 X선을 사용하여 미네랄 워터의 존재에 대한 주요 증거를 얻었습니다. 베를린 싱크로트론의 광학 분광기.

미네랄 워터의 황금 드롭

4-10 mbar에서 수증기의 영향에 노출된 낮은 나트륨-칼륨 합금. 금속에서 전자가 방출되면서 물방울에 물 층이 형성되어 황금빛 광택을 냅니다. 크레딧: Phil Mason/IOCB 프라하

IOCB 프라하 연구원과 동료들의 연구에 따르면 광천수는 육상 조건에서 준비될 수 있을 뿐만 아니라 아름다운 황금 광천과 관련된 분광 특성에 대한 자세한 특성도 제공됩니다.

파벨 융비르스

IOCB 프라하의 분자 모델링 그룹 책임자인 Pavel Jungwirth 교수. 크레딧: Thomas Bellon / IOCB 프라하

참조: Philip E. Mason, H.의 “금색 금속 수용액에 대한 분광 가이드” Christian Choi, Tillman Patersak, Vojtek-Costal, Marco Vitek, Ryan S. 맥뮬렌, 헤바툴라 알리, 플로리안 트렌터, 첸 리, 다니엘 M. Newmark, Stefan Thurmer, Robert Seidel, Bernd Winter, Stephen Bradforth 및 Pavel Jungfirth, 2021년 7월 28일, 자연.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03646-5

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