Thí nghiệm biến nước tinh khiết thành kim loại

Các nhà khoa học biến đổi nước tinh khiết thành kim loại trong vài giây, nhờ đó tạo ra chất lỏng có khả năng dẫn điện.

Giọt nước màu vàng kim hình thành trong thí nghiệm. Ảnh: HZB.

Nước chưa lọc sạch có thể dẫn điện, có nghĩa những electron mang điện tích âm có thể dễ dàng truyền giữa các phân tử bởi trong nước chứa muối. Tuy nhiên, nước tinh khiết chỉ chứa phân tử nước, trong đó các electron ở ngoài cùng vẫn bám vào nguyên tử và không thể di chuyển tự do trong nước.

Về lý thuyết, nếu tạo áp lực đủ mạnh lên nước tinh khiết, phân tử nước sẽ bị ép lại với nhau và vỏ hóa trị, vòng electron ở ngoài cùng bao quanh mỗi nguyên tử, sẽ chồng lấn lên nhau. Điều này sẽ tạo điều kiện cho electron di chuyển tự do giữa mỗi nguyên tử và biến nước thành kim loại.

Vấn đề là để ép nước tới trạng thái kim loại đòi hỏi áp suất khoảng 220 triệu psi, theo đồng tác giả nghiên cứu Pavel Jungwirth, nhà hóa học ở Viện Hàn lâm Khoa học Czech tại Prague. Vì lý do này, các nhà địa vật lý nghi ngờ nước bị biến đổi thành kim loại có thể tồn tại ở lõi những hành tinh khổng lồ như sao Mộc, sao Hải Vương và sao Thiên Vương.

Nhưng Jungwirth và đồng nghiệp băn khoăn liệu họ có thể biến nước thành kim loại thông qua phương pháp khác mà không cần tạo ra áp suất cực lớn như ở lõi sao Mộc. Họ quyết định sử dụng kim loại kiềm, bao gồm các nguyên tố như natri và kali và chỉ chứa một electron ở vỏ hóa trị. Kim loại kiềm có xu hướng "hiến" electron cho nguyên tử khác khi hình thành liên kết hóa học bởi việc mất đi electron đơn lẻ đó khiến kim loại kiềm trở nên bền hơn.

Kim loại kiềm có thể phát nổ khi tiếp xúc với nước, và Jungwirth cùng cộng sự đã từng nghiên cứu loại phản ứng dữ dội này trước đây. Nhưng họ đặt giả thuyết nếu có thể tránh gây nổ bằng cách nào đó, họ có thể mượn electron từ kim loại kiềm và sử dụng những electron đó để biến nước thành kim loại.

Trong thí nghiệm mới mô tả trong báo cáo công bố hôm 28/7 trên tạp chí Nature, nhóm nghiên cứu đã tìm ra cách làm. Họ đặt một xylanh chứa đầy natri và kali trong buồng chân không, chắt ra những giọt kim loại nhỏ có trạng thái lỏng ở nhiệt độ phòng, sau đó để giọt kim loại tiếp xúc với lượng hơi nước cực nhỏ. Nước hình thành trên một tấm màng dày 0,1 micromet phía trên bề mặt giọt kim loại và ngay lập tức, electron từ kim loại bắt đầu đổ dồn vào nước.

Để thí nghiệm hoạt động, electron phải di chuyển nhanh hơn phản ứng nổ, theo Jungwirth. Sau khi electron chuyển từ kim loại kiềm vào nước, điều đặc biệt xảy ra. Trong thời gian ngắn ngủi, nước chuyển thành màu vàng kim bóng loáng. Sử dụng quang phổ kế, nhóm nghiên cứu có thể chứng minh nước màu vàng đó thực sự có tính kim loại.