Cientistas transformam água pura em metal!

Numa nova investigação, químicos do Instituto de Química Orgânica e Bioquímica da Academia de Ciências Checa e de outros lugares descobriram que uma solução de água metálica pode ser preparada por dopagem massiva com eletrões ao reagir água com metais alcalinos.

água metal
Além de visível, a “água metálica” adquiriu coloração dourada como ouro.

A água pura é um isolante quase perfeito. Sim, a água encontrada na natureza conduz eletricidade por causa das impurezas que contém, que são dissolvidas em iões livres e permitem o fluxo de correntes elétricas. A água pura só se torna “metálica” — eletronicamente condutora — em pressões extremamente altas que vão além da nossa capacidade atual.

Contudo, como os investigadores demonstraram pela primeira vez, não são apenas as altas pressões que podem induzir esta condição na água pura. Ao colocar a água pura em contacto com um metal alcalino partilhando eletrões — neste caso uma liga de sódio e potássio — partículas carregadas de movimento livre podem ser adicionadas, tornando a água metálica.

O professor Jungwirth e os seus colegas da República Checa, Estados Unidos, Alemanha, Egito e Japão expuseram uma gota de liga de sódio-potássio (NaK) a uma pequena quantidade de vapor de água, que começou a condensar na sua superfície.

"Pode ver a transição de fase para água metálica a olho nu!" disse o físico Robert Seidel, do Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie, na Alemanha.

A condutividade resultante dura apenas alguns segundos, mas é um passo significativo entender esta fase da água ao estudá-la diretamente.

Sob pressões altas o suficiente, praticamente qualquer material poderia, teoricamente, tornar-se condutor. A ideia é que, se os átomos forem espremidos com força suficiente, as órbitas dos eletrões externos irão começar a sobrepôr-se, permitindo que se movam. Para a água, a pressão é de cerca de 48 megabares, cerca de 48 milhões de vezes a pressão atmosférica da Terra ao nível do mar.

Embora as pressões que excedam isso tenham sido geradas em ambiente de laboratório, tais experiências seriam inadequadas para estudar água metálica. Assim, uma equipa de investigadores liderada pelo químico orgânico Pavel Jungwirth, da Academia de Ciências Checa, debruçou-se sobre os metais alcalinos.

“A experiência foi realizada com uma liga NaK que é líquida à temperatura ambiente, gotejando a uma taxa de cerca de uma gota a cada 10s dentro de uma câmara de vácuo com uma pressão de vapor de água que é ajustável”.

Estas substâncias libertam os seus eletrões externos com muita facilidade, o que significa que podem induzir as propriedades de partilha de eletrões da água pura altamente pressurizada sem as altas pressões. Há apenas um problema: os metais alcalinos são altamente reativos com água líquida, às vezes até ao ponto de explosão.

A equipa de investigação encontrou uma forma excelente de resolver este problema. E se, em vez de adicionar o metal à água, fosse adicionada água ao metal? Numa câmara a vácuo, a equipa começou a realizar a extrusão num bico de uma pequena bolha de liga de sódio-potássio, que é líquida à temperatura ambiente, e com muito cuidado adicionou uma fina película de água pura usando deposição de vapor.

O contacto entre a água e o metal faz com que os eletrões e catiões metálicos (iões carregados positivamente) fluam da liga para a água. Isso não só fez com que a água ficasse dourada, como também deixou a água com condutividade; exatamente como deveríamos ver na água pura metálica em alta pressão.

Isto foi confirmado usando espectroscopia de reflexão óptica e espectroscopia de fotoeletrões de raios-X síncrotron. As duas propriedades — o brilho dourado e a banda de condução — ocupavam duas faixas de frequência diferentes, o que permitia que ambas fossem identificadas com clareza.

“A cor dourada persiste durante 5 s, após os quais, enquanto a água continua a adsorver-se, a cor fica gradualmente bronze por mais 2-3 s.”

Além de nos oferecer uma melhor compreensão dessa transição de fase aqui na Terra, a investigação também poderia permitir um estudo detalhado das condições de extrema alta pressão dentro de grandes planetas.