A água pura é um isolante quase perfeito.
Sim, a água que ocorre naturalmente conduz eletricidade – mas isso se deve às impurezas que ela contém, que se decompõem em íons livres que permitem que a corrente elétrica flua. A água pura só se torna “metálica” – eletronicamente condutora – em pressões extremamente altas, além do que podemos produzir atualmente em laboratório.
Mas, como os pesquisadores mostraram pela primeira vez em 2021, não são apenas as altas pressões que podem causar essa metalicidade na água pura.
Ao colocar água pura em contato com um metal alcalino de compartilhamento de elétrons – neste caso, uma liga de sódio e potássio – partículas carregadas que se movem livremente podem ser adicionadas, tornando a água metálica.
A condutividade resultante dura apenas alguns segundos, mas é um passo importante para a compreensão desta fase da água através do estudo direto.
“Você pode ver a transição de fase para água metálica a olho nu!” O físico Robert Seidel, do Centro Helmholtz de Berlim para Materiais e Energia, na Alemanha, explicou no ano passado, quando o artigo foi publicado.
“A gota prateada de sódio-potássio é coberta com um brilho dourado, o que é muito impressionante.”
Sob pressões suficientemente altas, praticamente qualquer material poderia teoricamente se tornar condutor.
A ideia é que, se você apertar os átomos com força suficiente, os orbitais dos elétrons externos começarão a se sobrepor, permitindo que eles se movam. Para a água, essa pressão é de cerca de 48 megabars – pouco menos de 48 milhões de vezes a pressão atmosférica da Terra ao nível do mar.
Embora pressões superiores a isso tenham sido geradas em um ambiente de laboratório , tais experimentos seriam inadequados para estudar água metálica. Assim, uma equipe de pesquisadores liderada pelo químico orgânico Pavel Jungwirth da Academia Tcheca de Ciências na República Tcheca se voltou para metais alcalinos.
Essas substâncias liberam seus elétrons externos com muita facilidade, o que significa que podem induzir as propriedades de compartilhamento de elétrons da água pura altamente pressurizada sem as altas pressões.
Há apenas um problema: metais alcalinos são altamente reativos com água líquida, às vezes até o ponto de explosividade (tem um vídeo muito legal abaixo).
A equipe de pesquisa encontrou uma maneira muito bacana de resolver esse problema. E se, em vez de adicionar o metal à água, a água fosse adicionada ao metal?
Em uma câmara de vácuo, a equipe começou extrudando de um bocal uma pequena gota de liga de sódio-potássio, que é líquida à temperatura ambiente, e cuidadosamente adicionou uma fina película de água pura usando a deposição de vapor.
Em contato, os elétrons e os cátions metálicos (íons carregados positivamente) fluíram para a água da liga.
Isso não apenas deu à água um brilho dourado, como também a tornou condutora – assim como deveríamos ver na água pura metálica em alta pressão.
Isto foi confirmado usando espectroscopia de reflexão óptica e espectroscopia de fotoelétrons de raios X síncrotron.
As duas propriedades – o brilho dourado e a banda condutora – ocupavam duas faixas de frequência diferentes, o que permitiu que ambas fossem claramente identificadas.
Além de nos dar uma melhor compreensão dessa transição de fase aqui na Terra, a pesquisa também pode permitir um estudo minucioso de condições extremas de alta pressão dentro de grandes planetas.
Nos planetas de gelo do Sistema Solar, Netuno e Urano, por exemplo, acredita-se que o hidrogênio metálico líquido gira. E é apenas em Júpiter que se pensa que as pressões são altas o suficiente para metalizar a água pura.
A perspectiva de ser capaz de replicar as condições dentro do colosso planetário do nosso Sistema Solar é realmente emocionante.
“Nosso estudo não apenas mostra que a água metálica pode de fato ser produzida na Terra, mas também caracteriza as propriedades espectroscópicas associadas ao seu belo brilho metálico dourado”, disse Seidel .
A pesquisa foi publicada na Nature .
