Od nekovu ke kovu: Čeští vědci se přiblížili vynálezu kovové vody

Právě to se podařilo detailně zmapovat mezinárodnímu týmu vedenému Pavlem Jungwirthem z Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR. Výsledky jeho výzkumu se dostaly až na titulní stranu prestižního časopisu Science.

Laboratorní cvičení z chemie. Učitel obřadně vhazuje kousek sodíku do baňky s vodou. A bum! Místnost na chvíli ozáří malý výbuch. Na tento efektní pokus si ze školy pamatují mnozí z nás.

Co se ale stane, když tento alkalický kov přidáte do kapalného amoniaku? Tuto otázku si položil tým Pavla Jungwirtha z Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR a jeho kolegové z Německa a USA. A dlouhodobé zkoumání tohoto jevu přineslo průlomové poznatky.

Související

Martin Pokorný

Český patent: Polykrystalická diamantová vrstva…

Martin Pokorný

Nový objev českých vědců odhalí padělaná…

„Ve vodě se ze sodíku uvolňují elektrony, které v ní velmi rychle reagují. Proto při reakci dochází k výbuchu. V kapalném amoniaku je však možné tyto elektrony krásně studovat. I když to tedy strašně smrdí a látku musíte nejprve zchladit na minus třicet tři stupňů Celsia, protože při pokojové teplotě je amoniak plyn,“ usmívá se Pavel Jungwirth.

Sodík v kapalném amoniaku nejprve krásně zmodrá. Když ho však přidáte ještě víc, roztok získá zlatavou nebo bronzovou barvu. Nekov se tedy vlastně promění v kov.

„Tato reakce je známá už asi padesát let. Nám se ale podařilo detailně zmapovat, co přesně se při ní děje. Rozpuštěné elektrony se v roztoku propojí a začnou se chovat podobně jako třeba v měděném drátu. Stejně dobře vedou elektřinu,“ pokračuje fyzikální chemik.

Kovové chování přitom podle něj vzniká pozvolna. „Není tam přesná hrana, jako když taje led na vodu. Je to spíše plynulá změna, při které se elektrolyt mění v kov,“ dodává. Vědci proces zkoumali za pomoci fotoelektronové spektroskopie. Tato technika využívající ultravysokého vakua se přitom dlouho považovala za neslučitelnou se zkoumáním těkavých kapalin, jako je třeba kapalný amoniak. Jungwirthův tým však uspěl díky technice takzvaných mikronástřiků.

„Do vakua jsme amoniak vstřikovali pomocí mikrotrysek tenčích než lidský vlas. Materiálu se tam tedy dostane strašně málo, a poté se to dá změřit,“ líčí Pavel Jungwirth s tím, že tyto experimenty skupina prováděla na synchrotronu BESSY II v německém Berlíně.

Výsledky jejich měření poskytují detailní molekulový popis přechodu nekovové látky v kovovou, a tím umožňují lépe porozumět vzniku kovového chování a s ním spojených vlastností, jako je například vysoká elektrická vodivost.

„Právě publikovaná studie o kovovém amoniaku nám snad otevře dveře k realizaci našeho ‚nejvýbušnějšího‘ snu – přípravy kovové vody tak, že ji velmi opatrně smícháme s alkalickými kovy,” věří Pavel Jungwirth, který se letos v květnu stal předsedou Učené společnosti ČR.

A k čemu by byla taková kovová voda dobrá? „Byl by to krásný model, na němž by se dal ve školách vyučovat přechod mezi chemií a fyzikou. Kus drátu viděl každý, ale tyto experimenty mohou v praxi ukázat, jak onen kovový drát vlastně může vzniknout,“ uzavírá vědec.