L’acqua pura è un isolante quasi perfetto. Sì, l’acqua che si trova in natura conduce l’elettricità, questo a causa delle impurità al suo interno, che si dissolvono in ioni liberi che consentono alla corrente elettrica di fluire. L’acqua pura diventa “metallica” – elettronicamente conduttiva – solo a pressioni estremamente elevate, al di là delle nostre attuali capacità di produrre in laboratorio, ma, come i ricercatori hanno dimostrato per la prima volta nel 2021, non sono solo le alte pressioni a indurre questa metallicità nell’acqua pura: portandola a contatto con un metallo alcalino a condivisione di elettroni – in questo caso una lega di sodio e potassio – possono essere aggiunte particelle cariche che si muovono liberamente, trasformando l’acqua in metallo.
La conducibilità risultante dura solo pochi secondi, ma è un passo significativo per poter comprendere questa fase dell’acqua studiandola direttamente.
Robert Seidel fisico dell’Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie in Germania, nel documento pubblicato lo scorso anno ha affermato:
«Puoi vedere la transizione di fase all’acqua metallica ad occhio nudo! Le goccioline argentate di sodio e potassio si ricoprono di un bagliore dorato, che è molto impressionante». (vedi video).
Il team di scienziati nel nuovo studio pubblicato nella rivista Nature, hanno evidenziato che sotto pressioni sufficientemente elevate, praticamente qualsiasi materiale potrebbe teoricamente diventare conduttivo. L’idea di stringere gli atomi porterebbe gli orbitali degli elettroni esterni a sovrapporsi, permettendo loro di muoversi, questa pressione per l’acqua è di circa 48 megabar, poco meno di 48 milioni di volte la pressione atmosferica terrestre al livello del mare.
Esperimenti di questo genere sebbene pressioni superiori siano state generate in un ambiente di laboratorio, non sarebbero adatti per lo studio dell’acqua metallica, quindi un team di ricercatori guidato dal chimico organico Pavel Jungwirth responsabile del gruppo di ricerca presso l’Istituto di chimica organica e biochimica dell’Accademia delle Scienze della Repubblica Ceca, si è quindi rivolto ai metalli alcalini: queste sostanze rilasciano molto facilmente i loro elettroni esterni, significa che potrebbero indurre le proprietà di condivisione degli elettroni dell’acqua pura altamente pressurizzata senza le alte pressioni. C’è solo un problema: i metalli alcalini sono altamente reattivi con l’acqua liquida, a volte fino al punto di essere esplosivi (vedi video).
Il team di scienziati ha trovato un modo molto ingegnoso per risolvere il problema. E se invece di aggiungere il metallo all’acqua, si aggiungesse l’acqua al metallo?
Il team di scienziati in una camera a vuoto ha iniziato estrudendo da un ugello un piccolo ammasso di lega sodio-potassio, che è liquida a temperatura ambiente, hanno aggiunto con molta attenzione un sottile velo di acqua pura utilizzando la deposizione di vapore. Gli elettroni e i cationi metallici (ioni con carica positiva) al contatto dalla lega sono fluiti nell’acqua. Ciò non solo ha conferito all’acqua una lucentezza dorata, ma l’ha resa conduttiva, proprio come si dovrebbe vedere nell’acqua pura metallica ad alta pressione.
L’esperimento è stato confermato utilizzando la spettroscopia a riflessione ottica e la spettroscopia fotoelettronica a raggi X di sincrotrone. Le due proprietà – la lucentezza dorata e la banda conduttiva – occupano due diverse gamme di frequenza, il che ha permesso di identificarle chiaramente.
La ricerca oltre a farci comprendere meglio questa transizione di fase qui sulla Terra, potrebbe anche permettere di studiare da vicino le condizioni estreme di alta pressione all’interno dei grandi pianeti.