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Con suficiente presión, puedes convertir cualquier cosa en metal, y el agua no es una excepción. Sin embargo, los científicos de la Academia Checa de Ciencias en Praga lograron convertir el agua líquida en un estado metálico similar al bronce sin tener que aplicar una cantidad de presión impía, lo que hace que el logro sea aún más impresionante.

Los electrones de los metales alcalinos se difunden en una fina capa de agua, dándole propiedades metálicas y un tono dorado característico. Crédito: Philip Mason.

Si se aprietan lo suficiente, los átomos y las moléculas pueden compactarse tanto en su red que comienzan a compartir sus electrones externos, lo que les permite viajar y básicamente conducir la electricidad como lo harían en un cable de cobre. Por ejemplo, en 2020, los científicos franceses convirtieron el gas más simple del universo, el hidrógeno, en un metal y cumplieron una predicción hecha en 1935 por los premios Nobel Eugene Wigner y Hillard Bell Huntington. El hidrógeno metálico es, de hecho, un superconductor, lo que significa que conduce la electricidad sin resistencia eléctrica.

Para hacerlo, los investigadores franceses sometieron el hidrógeno a la asombrosa presión de 425 gigapascales, más de cuatro millones de veces la presión en la superficie de la Tierra, e incluso más alta que la del núcleo interno del planeta. Por lo tanto, es imposible encontrar hidrógeno metálico en la Tierra, aunque es muy posible que se encuentre en Júpiter y Saturno, que en su mayoría están compuestos de hidrógeno gaseoso y tienen presiones internas más fuertes que la Tierra. Asimismo, se cree que Neptuno y Urano albergan agua en estado metálico gracias a su enorme presión.

Con el mismo enfoque, el agua requeriría 15 millones de bares de presión para convertirla en un metal, más del triple de lo que requiere el hidrógeno metálico. Eso está simplemente fuera del alcance de nuestras tecnologías actuales. Sin embargo, puede haber otra forma de convertir el agua en metálica sin tener que exprimirla con la presión del núcleo de un gigante gaseoso, pensó Pavel Jungwirth, químico físico de la Academia Checa de Ciencias en Praga.

Jungwirth y su compañero químico Phil Mason se preguntaron si se podría convencer al agua para que se comportara como un metal si tomara prestados electrones de los metales alcalinos, que son elementos altamente reactivos en el primer grupo de la tabla periódica. Tuvieron esta idea después de que Jungwirth y sus colegas descubrieron que, en condiciones similares, el amoníaco puede volverse brillante.

Pero a pesar de su voluntad de aceptar este experimento, los investigadores se enfrentaron a una situación difícil. Verá, los metales alcalinos son tan reactivos en presencia de agua que tienden a reaccionar explosivamente.

La solución fue diseñar una configuración experimental que ralentizara drásticamente la reacción para evitar una explosión potencialmente catastrófica.

Irónicamente, la clave para mitigar el comportamiento explosivo de la reacción agua-metal alcalino fue la adsorción de agua a muy baja presión, unas 7.000 veces menor que la que se encuentra al nivel del mar. Esta configuración aseguró que la difusión de los electrones del metal alcalino fuera más rápida que la reacción entre el agua y los metales.

Crédito: Philip Mason.

Los investigadores llenaron una jeringa con una solución de metal alcalino compuesta de sodio y potasio, que se colocó en una cámara de vacío. La jeringa se activó de forma remota para expulsar gotas de la mezcla que se expusieron a pequeñas cantidades de vapor de agua.

El agua se condensó en cada gota de metal alcalino, formando una capa sobre ellas de apenas una décima parte de un micrómetro de espesor. Los electrones de la mezcla se difundieron en el agua, junto con los iones metálicos positivos, dando a la capa de agua un resplandor brillante como el bronce. Todo duró solo un par de segundos, pero para todos los efectos, los científicos acababan de convertir el agua en metal a temperatura ambiente, un hecho confirmado por los experimentos de sincrotrón.

Mostramos que se puede preparar una solución de agua metálica por dopaje masivo con electrones al hacer reaccionar agua con metales alcalinos. Aunque hace tiempo que se conocen y caracterizan soluciones metálicas análogas de amoníaco líquido con altas concentraciones de electrones solvatados, la interacción explosiva entre los metales alcalinos y el agua hasta ahora solo ha permitido la preparación de soluciones acuosas con bajas concentraciones de electrones submetálicos, escribieron los autores en el revista Naturaleza.

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