L’eau comme métal —

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  • Chaque enfant sait que l’eau conduit l’électricité – mais cela fait référence à l’eau courante “normale” qui contient des sels. L’eau pure distillée, par contre, est un isolant presque parfait. Il se compose de H2O molécules qui sont faiblement liées les unes aux autres par des liaisons hydrogène. Les électrons de valence restent liés et ne sont pas mobiles. Pour créer une bande de conduction avec des électrons en mouvement libre, l’eau devrait être pressurisée à un point tel que les orbitales des électrons externes se chevauchent. Or, un calcul montre que cette pression n’est présente qu’au cœur des grosses planètes comme Jupiter.

    Fournir des électrons

    Une collaboration internationale de 15 scientifiques de onze instituts de recherche a maintenant utilisé une approche complètement différente pour produire pour la première fois une solution aqueuse avec des propriétés métalliques et a documenté cette transition de phase à BESSY II. Pour ce faire, ils ont expérimenté des métaux alcalins, qui libèrent très facilement leur électron externe.

    Éviter l’explosion

    Cependant, la chimie entre les métaux alcalins et l’eau est connue pour être explosive. Le sodium ou d’autres métaux alcalins commencent immédiatement à brûler dans l’eau. Mais l’équipe a trouvé un moyen de contrôler cette chimie violente : ils n’ont pas jeté un morceau de métal alcalin dans l’eau, mais ils l’ont fait dans l’autre sens : ils ont mis un tout petit peu d’eau sur une goutte de métal alcalin, un alliage sodium-potassium (Na-K), qui est liquide à température ambiante.

    Expérience à BESSY II

    A BESSY II, ils ont monté l’expérience dans la chambre d’échantillonnage à vide poussé SOL³PES sur la ligne U49/2. La chambre d’échantillonnage contient une fine buse d’où s’égoutte l’alliage Na-K liquide. La gouttelette d’argent grandit pendant environ 10 secondes jusqu’à ce qu’elle se détache de la buse. Au fur et à mesure que la gouttelette grossit, une partie de la vapeur d’eau s’écoule dans la chambre d’échantillonnage et forme une peau extrêmement fine à la surface de la gouttelette, seulement quelques couches de molécules d’eau. Cela provoque presque immédiatement la dissolution des électrons ainsi que des cations métalliques de l’alliage alcalin dans l’eau. Les électrons libérés dans l’eau se comportent comme des électrons libres dans une bande de conduction.

    Peau d’eau dorée

    « Vous pouvez voir la transition de phase vers l’eau métallique à l’œil nu ! La gouttelette de sodium-potassium argentée se couvre d’une lueur dorée, ce qui est très impressionnant », rapporte le Dr Robert Seidel, qui a supervisé les expériences à BESSY II. La fine couche d’eau métallique dorée reste visible pendant quelques secondes. Cela a permis à l’équipe dirigée par le professeur Pavel Jungwirth, Académie tchèque des sciences, Prague, de prouver par des analyses spectroscopiques à BESSY II et à l’IOCB à Prague qu’il s’agit bien d’eau à l’état métallique.

    Empreintes digitales de la phase métallique

    Les deux empreintes déterminantes d’une phase métallique sont la fréquence plasmon et la bande de conduction. Les groupes ont pu déterminer ces deux quantités en utilisant la spectroscopie de réflexion optique et la spectroscopie photoélectronique à rayons X synchrotron : alors que la fréquence des plasmons de la “peau d’eau” métallique de couleur or est d’environ 2,7 eV (c’est-à-dire dans la gamme bleue de la lumière visible) , la bande de conduction a une largeur d’environ 1,1 eV avec un bord de Fermi pointu. “Notre étude montre non seulement que l’eau métallique peut effectivement être produite sur Terre, mais caractérise également les propriétés spectroscopiques associées à son magnifique éclat métallique doré”, explique Seidel.

    Source de l’histoire :

    Matériaux fourni par Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) – Accueil. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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