SOHA NEWS
Thuật giả kim không thể biến nước thành vàng, nhưng khoa học đã có thể chuyển đổi tổ hợp chất H2O thành một kim loại sáng bóng có màu vàng. Các nhà nghiên cứu đạt được thành tựu này bằng cách phủ một lớp nước mỏng xung quanh những kim loại kiềm có khả năng chia sẻ electron cho nhau.
Nước chỉ tồn tại ở dạng kim loại cho vài giây, nhưng thử nghiệm mới này tạo ra được trạng thái lạ mà không cần áp suất lớn - thành tố vốn không thể thiếu trong quá trình biến vật liệu không có tính kim loại thành vật chất có khả năng dẫn điện.
Đồng tác giả của nghiên cứu mới, nhà vật lý hóa học Pavel Jungwirth công tác tại Học viện Khoa học Séc, nói rằng thời điểm nước biến thành vật liệu vàng sáng đã trở thành mốc son mới trong sự nghiệp của ông.
Nhóm đã đăng tải nghiên cứu trên tạp chí Nature hôm 28/7 vừa qua.
“Đây là bước tiến quan trọng”, Peter Edwards, một nhà hóa học công tác tại Đại học Oxford nhận định về đột phá mới trong quá trình nghiên cứu những vật chất không phải kim loại nhưng lại có tính kim loại.
Trên lý thuyết, đa số vật chất đều có khả năng mang tính kim loại khi chịu một áp suất cực lớn. Nguyên tử hoặc phân tử bị ép lại gần nhau tới mức chúng chia sẻ cho nhau những electron bay ngoài cùng; việc electron dịch chuyển qua lại sẽ khiến vật chất có thể truyền điện không khác gì một thanh kim loại.
Các nhà địa vật lý nhận định tại trung tâm những hành tinh lớn như Sao Hải Vương, nước tồn tại ở dạng kim loại. Một điều đáng chú ý nữa, là hydro có tính kim loại còn có thể trở thành vật liệu siêu dẫn, có thể dẫn điện với điện trở bằng 0.
Theo ước tính, quá trình biến nước thành kim loại theo cách này sẽ cần áp suất khoảng 15 triệu atm. Để dễ bề so sánh, 1 atm tương đương với 101.325 Pascal (Pa); 1 Pa bằng với tác động của một lực có giá trị 1 Newton trên diện tích 1 m2.
Ta không thể tạo ra lượng áp suất khổng lồ này trong phòng thí nghiệm, nhưng theo nhận định của Jungwirth, nước có thể mang tính kim loại, dẫn điện tốt thông qua khả năng nhận electron từ các kim loại kiềm. Những nguyên tố có phản ứng mạnh này thường “hào phóng” cho đi những electron nằm ngoài cùng.
Ai cũng biết nước có thể dẫn điện, nhưng điều này chỉ đúng với nước "thông thường" có chứa muối. Nước cất nguyên chất là một chất cách điện gần hoàn hảo. Việc có thể đưa tính kim loại vào nước nguyên chất cần tới một lượng áp suất cực lớn.
Năm ngoái, Jungwirth và cộng sự Phil Mason đã chứng minh hiện tượng này trên amoniac. Từ đầu thế kỷ 19, nhà hóa học người Anh Humphry Davy đã chứng minh được rằng amoniac có thể “hóa vàng” trong điều kiện tương tự thí nghiệm mới thực hiện.
Sử dụng nước thay amoniac thì đơn giản, nhưng phản ứng nổ giữa kim loại kiềm và nước có khả năng khiến thí nghiệm thất bại thảm hại. Để khắc phục, các nhà khoa học làm chậm thử nghiệm lại để việc tương tác không phát nổ nữa.
Sử dụng một ống tiêm chứa natri và kali ở nhiệt độ phòng, đặt trong một khoang chân không, các nhà khoa học nhỏ một giọt hợp chất nhỏ để chúng tương tác với hơi nước. Nước ngay lập tức đọng lại thành giọt tí hon, phủ thành lớp dày 1/10 micromet quanh giọt hợp chất natri và kali. Electrong từ giọt hợp chất nhanh chóng di chuyển sang các giọt nước tí hon, và trong vài giây ngắn ngủi, nước tỏa ánh vàng.
Các thí nghiệm được thực hiện bởi một nhóm nghiên cứu khác xác nhận tính phản chiếu của lớp màu vàng chính là dấu hiệu cho thấy tính kim loại của nước. Để tránh được vụ nổ xảy ra, nhóm của Jungwirth đã phải tìm ra khoảng thời gian mà việc luân chuyển electron nhanh hơn phản ứng giữa nước và kim loại kiềm diễn ra.
“Chúng tôi còn chẳng rõ liệu mình có thành công không. Thật tuyệt vời, cứ như chúng tôi vừa phát hiện ra một nguyên tố mới vậy”, nhà nghiên cứu Jungwirth nói.
