Čistá voda v laboratorních podmínkách prakticky nevede elektrický proud. Její vodivosti dosáhneme až následnou úpravou, například přidáním rozpuštěné soli. Kovovou vodu, tedy vodný roztok, který má stejné vlastnosti a vodivost jako kov, se dosud nedařilo v pozemských podmínkách vytvořit.
Dokázal to až mezinárodní tým vedený Pavlem Jungwirthem z Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR. K světovému úspěchu nakonec přispěl zcela netradiční přístup k letitému problému. Svá zjištění nyní výzkumníci publikovali v časopise Nature.
Ke kovové vodivosti čisté vody by mohlo teoreticky docházet podle předpokladu výzkumníků v jádrech velkých planet, kde vysoký tlak dokáže stlačit molekuly vody k sobě do té míry, až se začnou překrývat jejich elektronové obaly natolik, že vznikne tzv. vodivostní pás. Vyvinout takový tlak v pozemských podmínkách však v současnosti není možné. Vědci proto považovali přípravu kovové vody na Zemi za nemožnou.
Neotřelé řešení
Tým Pavla Jungwirtha ovšem přišel se zcela originálním řešením problému, díky kterému se podařilo potřebě vysokého tlaku při přípravě kovové vody zcela vyhnout. Vědci se rozhodli dosáhnout vytvoření vodivostního pásu nikoli stlačením molekul vody k sobě, ale masivním rozpouštěním elektronů uvolňovaných z alkalického kovu.
„Je to takový typicky český, možná trochu cimrmanovský přístup. Nemusíme vytvářet obrovské tlaky, stačí si koupit za deset korun trochu sodíku a ono to taky jde," popisuje neotřelé řešení problému Pavel Jungwirth.
Jeho tým přitom potřeboval překonat zásadní překážku spočívající ve skutečnosti, že alkalické kovy po přidání do vody okamžitě explodují. Proto se vědci rozhodli nepřidávat alkalický kov do vody, ale naopak přidávat vodu na kov. Uvnitř vakuové komory vystavili kapku slitiny sodíku a draslíku malému množství vodní páry, která začala kondenzovat na jejím povrchu. Tímto postupem se elektrony uvolňované z alkalického kovu rozpouštěly do vrstvičky vody na jejím povrchu rychleji, než probíhá chemická reakce vedoucí k explozi.
Získané množství elektronů přitom bylo dostatečné k překonání kritické hranice pro vytvoření vodivostního pásu a vedlo tak k vzniku samotného kovového vodného roztoku se stejnými vlastnostmi jako vykazují kovy.
Výroba na koleni
Potřebnou aparaturu si výzkumníci vyrobili více méně na koleni v malé pražské laboratoři, kde také proběhly první experimenty. Klíčový důkaz přítomnosti kovové vody pak získali pomocí rentgenové fotoelektronové spektroskopie na synchrotronu v Berlíně.
„Díky tomu se nám na několik sekund podařilo vytvořit tenkou vrstvu zlatě zbarveného kovového vodného roztoku. To nám stačilo na to, abychom ji mohli nejen spatřit na vlastní oči, ale také proměřit spektrometry. Když jsme poprvé kovovou vodu uviděli, tak všichni začali jásat, nemohli tomu uvěřit,“ popisuje chvíle radosti vedoucí vědeckého týmu.
Studie vědců z Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR a jejich kolegů, publikovaná v časopise Nature tak nejen dokazuje, že kovovou vodu je možné připravit i v pozemských podmínkách, ale také detailně charakterizuje spektroskopické vlastnosti spojené s jejím zlatě kovovým leskem.
Poslechněte si podcast s Pavlem Jungwirthem o práci jeho vědecké skupiny:
Komentáře