Saf su neredeyse mükemmel bir yalıtkandır. Evet, doğada bulunan su elektriği iletir – ancak bunun nedeni, elektrik akımının akmasına izin veren serbest iyonlara dönüşen içindeki saf olmama durumudur. Saf su laboratuvarda üretmeye yönelik mevcut yeteneklerimizin ötesinde yüksek basınçlarda “metalik” hale gelir ve elektronik olarak iletkendir. İlginç olan da budur. Araştırmacıların şimdi ilk kez gösterdiği gibi, saf suda bu metalliği indükleyebilen sadece yüksek basınçlar değildir. Saf suyu elektron paylaşan bir alkali metalle temas ettirerek – bu durumda bir sodyum ve potasyum alaşımı – serbest hareket eden yüklü parçacıklar eklenebilir, bu da suyu metalik hale getirir.
Saf Sudaki İletkenlik
Ortaya çıkan iletkenlik yalnızca birkaç saniye sürer, ancak bu, suyun bu aşamasını doğrudan inceleyerek anlayabilmek için önemli bir adımdır.
Almanya’daki Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie’den fizikçi Robert Seidel “Çıplak gözle metalik suya faz geçişini görebilirsiniz!” dedi. “Gümüş sodyum-potasyum damlası kendini çok etkileyici bir altın parıltıyla kaplıyor.”
Yeterince yüksek basınçlar altında, hemen hemen her malzeme teorik olarak iletken hale gelebilir. Buradaki fikir, atomları yeterince sıkı bir şekilde sıkıştırırsanız, dış elektronların yörüngelerinin üst üste binmeye başlaması ve hareket etmelerine izin vermesidir. Su için bu basınç 48 megabar civarındadır – Dünya’nın deniz seviyesindeki atmosferik basıncının 48 milyon katının hemen altındadır.
Bunu aşan basınçlar bir laboratuvar ortamında oluşturulmuş olsa da, bu tür deneyler metalik su üzerinde çalışmak için uygun olmayacaktır. Çekya’daki Çek Bilimler Akademisi’nden organik kimyager Pavel Jungwirth liderliğindeki bir araştırma ekibi bu gibi alkali metallere yöneldi.
Bu maddeler dış elektronlarını çok kolay bir şekilde serbest bırakırlar, bu da yüksek basınçlar olmadan yüksek basınçlı saf suyun elektron paylaşım özelliklerini indükleyebilecekleri anlamına gelir. Tek bir sorun var: alkali metaller sıvı suyla oldukça reaktif, hatta bazen patlama noktasına kadar. Metali suya bıraktığımızda bir patlama sesi ile irkileceksiniz.
Araştırma ekibi bu sorunu çözmek için çok şık bir yol buldu. Ya metali suya eklemek yerine metale su eklenirse?
Ekip, bir vakum odasında, bir memeden oda sıcaklığında sıvı olan küçük bir sodyum-potasyum alaşımı bloğu ekstrüde ederek başladı ve buhar biriktirme kullanarak çok dikkatli bir şekilde ince bir saf su filmi ekledi. Temas üzerine, elektronlar ve metal katyonlar (pozitif yüklü iyonlar) alaşımdan suya aktı.
Saf Su İletken Nasıl Yapılır?
Bu sadece suya altın rengi bir parlaklık kazandırmakla kalmadı, suyu iletken hale getirdi – tıpkı yüksek basınçlı metalik saf suda görmemiz gerektiği gibi. Bu, optik yansıma spektroskopisi ve senkrotron X-ışını fotoelektron spektroskopisi kullanılarak doğrulandı. İki özellik – altın parlaklık ve iletken bant – iki farklı frekans aralığını işgal etti, bu da her ikisinin de açıkça tanımlanmasına izin verdi. Araştırma, Dünya’daki bu faz geçişini daha iyi anlamamıza ek olarak, büyük gezegenlerdeki aşırı yüksek basınç koşullarının yakından incelenmesine de olanak sağlayabilir.
Örneğin Güneş Sistemi’nin buz gezegenlerinde, Neptün ve Uranüs’te sıvı metalik hidrojenin girdap oluşturduğu düşünülüyor. Sadece Jüpiter’de, basınçların saf suyu metalize edecek kadar yüksek olduğu düşünülüyor. Güneş Sistemimizin devasa gezegeni içindeki koşulları tekrarlayabilme ihtimali gerçekten heyecan verici.
Seidel, “Çalışmamız sadece metalik suyun Dünya’da gerçekten üretilebileceğini göstermekle kalmıyor, aynı zamanda güzel altın metalik parlaklığı ile ilişkili spektroskopik özellikleri de karakterize ediyor” diye de ekliyor.
Araştırma Nature’da yayınlandı.
Kaynak: Sciencealert
