Investigadores expusieron gotas de sodio y potasio al vapor de agua en una cámara de vacío. Eso propició la formación de una fina capa de agua sobre la gota, los electrones de la gota se difundieron en el agua, confiriéndole propiedades metálicas y un brillo dorado durante unos instantes.
El agua permaneció en estado metálico durante apenas unos segundos, pero el experimento no requirió las altas presiones que suelen hacer falta para convertir materiales no metálicos en metales conductores de la electricidad.
Pavel Jungwirth, químico físico de la Academia Checa de Ciencias y coautor del estudio, dijo que “contemplar cómo el agua adquiría un brillo dorado” fue unos de los momentos culminantes de su carrera.
Los resultados de la investigación han sido publicados esta semana en Nature.
Teóricamente, la mayoría de los materiales poseen la capacidad de volverse metálicos si son sometidos a suficiente presión.
Es posible comprimir tanto los átomos o las moléculas como para que empiecen a compartir sus electrones exteriores, y entonces esos electrones podrán viajar y conducir la electricidad como lo hacen en un trozo de cobre o de hierro.
Los geofísicos piensan que los centros de planetas masivos como Neptuno o Urano albergan agua en ese estado metálico, y que el hidrógeno metálico a alta presión puede incluso tornarse superconductor y conducir la electricidad sin resistencia alguna.
Jungwirth, explica:
“Convertir el agua en un metal de esta manera requeriría una presión de unos 15 millones de atmósferas, fuera del alcance de las técnicas de laboratorio actuales”.
Sin embargo, el científico sospechaba que el agua podría volverse conductora de una forma alternativa: tomando prestados los electrones de los metales alcalinos.
Y es que los átomos de estos elementos reactivos del grupo 1 de la tabla periódica, entre los que se encuentran el sodio y el potasio, tienden a donar su electrón más externo.
El año pasado, Jungwirth y su colaborador Phil Mason, químico que también es conocido por hacer vídeos de ciencia en YouTube, dirigieron un equipo que demostró un efecto similar en el amoníaco.
El hecho de que el amoníaco puede volverse brillante en esas condiciones es algo que ya sabía el químico británico Humphry Davy a principios del siglo XIX, señala Edwards.
El equipo quería probar ese mismo enfoque con agua en vez de amoníaco, pero se enfrentaba a un reto: los metales alcalinos tienden a reaccionar de forma explosiva al mezclarlos con agua.
La solución consistió en diseñar un montaje experimental que ralentizara drásticamente la reacción para que no fuera explosiva.
Un vídeo del experimento muestra cómo el agua en la superficie de la gota se vuelve brillante y metálica durante unos segundos. [Phil Mason/IOCB de Praga]
Los investigadores llenaron una jeringa con sodio y potasio, una mezcla que es líquida a temperatura ambiente, y la colocaron en una cámara de vacío.
A continuación, usaron la jeringa para formar gotas de la mezcla metálica y las expusieron a pequeñas cantidades de vapor de agua.
El agua se condensó sobre cada gota, formando una capa con un espesor de una décima de micra.
Entonces, los electrones de la gota se difundieron rápidamente en el agua (junto con algunos iones metálicos positivos) y, en pocos segundos, la capa de agua se volvió dorada.
Los experimentos realizados en un sincrotrón de Berlín confirmaron que la capa dorada mostraba las propiedades que cabía esperar del agua metálica.
¿Cuál fue la clave para evitar una explosión?
Jungwirth dice:
“Fue encontrar una ventana de tiempo en la que la difusión de los electrones fuera más rápida que la reacción entre el agua y los metales.
De esta manera han logrado alcanzar un estado cuasi-estable donde la física de la metalización se impone a la descomposición química”.
Jungwirth, admite:
“No estábamos nada seguros de poder hacerlo, fue increíble, como descubrir un nuevo elemento”.
Anteriormente, Jungwirth ha colaborado con Mason en otro experimento:
En 2015, revelaron junto a otros investigadores el mecanismo que hace que el sodio explote al entrar en contacto con el agua.
Entonces tuvieron que montar el experimento en un balcón de su instituto, porque no tenían acceso a un laboratorio.
“Todo el mundo se enfadó, porque allí era donde la gente iba a fumar, recuerda. Preguntamos:
¿Podrían dejarnos el balcón para provocar explosiones?”, finaliza.
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