Wissenschaftler haben aus reinem Wasser ein Mineral gemacht

Reines Wasser ist ein nahezu perfekter Isolator.

Ja, Wasser leitet in der Natur Strom – aber das liegt an Verunreinigungen darin, die sich in freie Ionen auflösen, die den elektrischen Strom fließen lassen. Reines Wasser wird erst bei extrem hohen Drücken „mineralisch“ – elektronisch leitfähig -, die über unsere derzeitigen Laborproduktionskapazitäten hinausgehen.

Doch nicht nur hohe Drücke können diese Mineralien in reinem Wasser induzieren, wie Forscher nun erstmals gezeigt haben.

Durch den Kontakt von reinem Wasser mit einem elektronenteilenden Alkalimetall – in diesem Fall einer Legierung aus Natrium und Kalium – können frei bewegliche geladene Teilchen hinzugefügt werden, die das Wasser in ein Metall verwandeln.

Die resultierende Leitfähigkeit dauert nur wenige Sekunden, ist aber ein wichtiger Schritt, um diese Phase des Wassers durch direktes Studium verstehen zu können.

„Man sieht den Phasenübergang zum Mineralwasser mit bloßem Auge!“ Der Physiker Robert Seidl sagte: Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie in Deutschland. „Der silberne Natrium-Kalium-Tröpfchen bedeckt sich mit einem goldenen Schimmer, was beeindruckend ist.“

Unter ausreichend hohen Drücken kann theoretisch praktisch jedes Material leitfähig werden. Die Idee ist, dass, wenn die Atome fest genug zusammengepresst werden, sich die Bahnen der äußeren Elektronen überlappen und sie sich bewegen können. Für Wasser beträgt dieser Druck etwa 48 Megabar – knapp 48 Millionen Mal der atmosphärische Druck der Erde auf Meereshöhe.

Während in Laborumgebungen darüber hinausgehende Drücke erzeugt wurden, wären solche Experimente für die Untersuchung von Mineralwässern nicht geeignet. So wandte sich ein Forscherteam um den Organiker Pavel Jungwirth von der Tschechischen Akademie der Wissenschaften in Tschechien den Alkalimetallen zu.

Diese Materialien geben ihre äußeren Elektronen sehr leicht ab, was bedeutet, dass sie in reinem Hochdruckwasser ohne hohe Drücke Elektronenaustauscheigenschaften induzieren können. Es gibt nur ein Problem: Die Alkalimetalle sind mit flüssigem Wasser sehr reaktiv und erreichen manchmal den Explosionspunkt (dort Wirklich cooles Video unten). Lass das Metall ins Wasser fallen und du bekommst den Kaboom.

Das Forschungsteam hat einen sehr coolen Weg gefunden, dieses Problem zu lösen. Was wäre, wenn dem Metall Wasser zugesetzt würde, anstatt das Metall dem Wasser zuzusetzen?

In einer Vakuumkammer extrudierte das Team zunächst einen kleinen Klumpen einer bei Raumtemperatur flüssigen Natrium-Kalium-Legierung aus einer Düse und fügte dann sehr vorsichtig eine dünne Schicht reines Wasser durch Aufdampfen hinzu.

Beim Kontakt fließen Elektronen und Metallkationen (positiv geladene Ionen) aus der Legierung in das Wasser.

Dies verlieh dem Wasser nicht nur einen goldenen Glanz, sondern verwandelte es auch – so wie man es bei reinem Mineralwasser mit hohem Druck sehen sollte.

Dies wurde unter Verwendung optischer Reflexionsspektroskopie und Synchrotron-Röntgenphotoelektronenspektroskopie bestätigt. Die beiden Eigenschaften – goldener Glanz und leitfähiges Band – belegten zwei verschiedene Frequenzbänder, wodurch beide eindeutig identifiziert werden konnten.

Neben einem besseren Verständnis dieses Phasenübergangs hier auf der Erde könnte die Forschung auch eine genauere Untersuchung der extremen Hochdruckbedingungen innerhalb großer Planeten ermöglichen.

Auf den eisigen Planeten des Sonnensystems Neptun und Uranus zum Beispiel soll flüssiger metallischer Wasserstoff rotieren. Es ist der einzige Jupiter, dessen Druck hoch genug ist, um reines Wasser in Metall zu verwandeln.

Die Aussicht, die Bedingungen innerhalb der Riesenplaneten unseres Sonnensystems nachbilden zu können, ist wirklich aufregend.

„Unsere Studie zeigt nicht nur, dass Mineralwasser tatsächlich auf der Erde produziert werden kann, sondern zeigt auch die spektralen Eigenschaften, die mit seinem schönen goldenen Metallglanz verbunden sind.“ Seidel sagte.

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