Des scientifiques fabriquent une goutte d’or d’eau minérale – Science News

Est-il possible de produire de l’eau conductrice comme du fil de cuivre par exemple ?

Les scientifiques ont émis l’hypothèse que cela pourrait se produire dans le noyau des grandes planètes, où la haute pression comprime les molécules d’eau à un point tel que leurs coquilles d’électrons commencent à se chevaucher. À l’heure actuelle, la génération de ce type de pression sur la Terre dépasse les capacités humaines et il a donc été supposé que la préparation d’eau minérale dans des conditions terrestres resterait un objectif insaisissable dans un avenir prévisible. Cependant, une équipe internationale de chercheurs dirigée par Pavel Jungwirth de l’IOCB Prague a développé une nouvelle méthode par laquelle ils ont réussi à produire de l’eau minérale dans des conditions de sol qui ont duré plusieurs secondes. Leur article a été récemment publié dans la revue Nature.

L’idée d’utiliser une pression énorme pour fabriquer du métal à partir d’eau n’est pas nouvelle. En principe, il devrait être possible de comprimer les molécules d’eau au point que leur couche électronique commence à se chevaucher et à former une bande dite de conduction similaire à celle des matériaux métalliques. La pression requise de 50 mégabars (environ 50 millions de fois supérieure à la pression à la surface de la Terre) peut être trouvée dans le noyau des grandes planètes, mais nous n’avons pas encore pu l’atteindre dans des conditions terrestres.

En collaboration avec des chercheurs de l’Université de Californie du Sud, du Fritz Haber Institute et d’autres instituts, l’équipe de Jungwirth a récemment développé une méthode qui leur a permis de préparer de l’eau minérale tout en évitant complètement le besoin de haute pression. La méthode s’appuie sur des recherches antérieures du groupe de Pavel Jungwirth portant sur le comportement des métaux alcalins dans l’eau et l’ammoniac liquide. Inspirés par le travail avec des solutions d’ammoniac métallique liquide alcalin, qui se comportent à des concentrations élevées comme un métal, les chercheurs ont décidé d’essayer de créer une bande de conduction non pas en comprimant des molécules d’eau mais par dissolution massive d’électrons émis par le métal alcalin. Cependant, ils ont dû surmonter un obstacle fondamental : en entrant dans l’eau, les métaux alcalins ont immédiatement explosé.

« Le déversement de sodium dans l’eau est l’une des expériences scolaires les plus courantes et le sujet de nombreuses vidéos YouTube. Comme on le sait, lorsque vous jetez une portion de sodium dans l’eau, vous n’obtiendrez pas de l’eau minérale, mais une explosion instantanée et importante qui détruira votre appareil », comme le dit Jungwirth, qui dirige un groupe à l’IOCB Prague spécialisé dans la modélisation moléculaire. « Afin de contenir cette chimie intense, et à des fins de laboratoire, au lieu d’une chimie contre-productive, nous l’avons traitée à l’envers ; au lieu d’ajouter le métal alcalin à l’eau, nous avons ajouté de l’eau au métal. »

À l’intérieur d’une chambre à vide, les chercheurs ont exposé une goutte d’un alliage sodium-potassium à une petite quantité de vapeur d’eau, qui a commencé à se condenser à sa surface. Les électrons sont libérés du métal alcalin dissous dans la couche d’eau à la surface plus rapidement que la réaction chimique qui entraîne l’explosion. Il y en avait suffisamment pour surmonter la limite critique pour former une bande de conduction et ainsi aboutir à une solution d’eau minérale qui, en plus des électrons, contient également des cations alcalins dissous et de l’hydroxyde et de l’hydrogène formés chimiquement.

« Grâce à cela, nous avons pu créer une fine couche d’une solution d’eau minérale dorée qui a duré plusieurs secondes, et cela nous a suffi non seulement pour la voir de nos yeux mais aussi pour la mesurer avec des spectromètres,  » Jungfirth, ajoutant :  » Nous avons plus ou moins équipé les appareils nécessaires dans un petit laboratoire. Dans notre institut de Prague, où les premières expériences ont également été menées. Ensuite, nous avons obtenu les principales preuves de l’existence de l’eau minérale à l’aide de rayons X. spectroscopie optique sur le synchrotron de Berlin.

L’étude des chercheurs et collègues de l’IOCB Prague montre non seulement que les eaux minérales peuvent être préparées dans des conditions terrestres, mais fournit également une caractérisation détaillée des propriétés spectroscopiques associées à son magnifique éclat minéral doré.