Vědci konečně vyřešili záhadu 100letého chemického experimentu

Vědci mohou konečně pochopit záhadný přechod za stoletým chemickým experimentem. Podrobnosti o této transformaci, při které přidání elektronů do jasně modrého roztoku amoniaku promění tuto formu v lesklý kovový bronz, vědci dlouho unikli.

Nová studie odhaluje jemné detaily této změny a ukazuje, že tato transformace je spíše postupná než náhlá. „Úspěšně jsme dosáhli toho, že jsme do značné míry pochopili, jak se tato řešení chovají v široké škále koncentrací pomocí mikrojetové techniky,“ řekl spoluautor studie Ryan McMullen, doktorand chemie na University of Southern California . Tato technika, která zahrnuje střílení vlasů tenkých proudů roztoku pomocí vakua, nebyla dosud použita na lesklou kapalinu dříve..

A objev by mohl v budoucnu otevřít nové typy reakcí v organické chemii, řekl McMullen .

Příbuzný: 8 chemických prvků, o kterých jste nikdy neslyšeli

Co je kov?

Kovy jsou různorodá skupina. Některé, jako lithium, jsou dostatečně světlé, aby se vznášely, zatímco jiné, jako je olovo nebo osmium, jsou extrémně husté. Někteří vyžadují neuvěřitelně vysoké teploty, aby se roztavili, zatímco jiní se snadno tavili (Merkur například taje při mínus 38,3 ° C nebo mínus 37,9 stupňů Fahrenheita). Konečně, co mají společné kovy, je jejich schopnost vést elektřinu v absolutní nule, což je okamžik, kdy se molekulární pohyb z tepla v podstatě zastaví..

Jak se však některé nekovy transformují na kovy? V nové studii vědci odpověděli na tuto otázku přidáním kovů do tekutého amoniaku.

Nejprve vědci zkondenzovali čpavek, což je plyn při pokojové teplotě, na kapalinu ochlazením na zápornou 27,4 F (mínus 33 ° C). Poté přidali buď sodík, lithium nebo draslík, což jsou všechny alkalické kovy. (Tyto skvosty reagují při ponoření do vody výbušně.) Pokusy byly prováděny ve spolupráci s vědci z České akademie věd a Fritz-Haberovým institutem společnosti Max Planck Society v Berlíně, stejně jako s vědci v Japonsku a Francii..

Příbuzný: 10 největších explozí vůbec

Výsledkem byla očekávaná reakce: Kapalný amoniak vytáhl elektrony z kovu. Tyto elektrony se poté zachytily mezi molekulami amoniaku a vytvořily takzvané solvatované elektrony, které vědci doufali studovat. Při nízkých koncentracích byl výsledkem modrá nekovová kapalina. Jakmile se solvatované nebo uvězněné elektrony hromadí, řešení přechází na lesklý bronz.

Další výzvou bylo prozkoumat, jak se solvatované elektrony chovaly při různých koncentracích. Toto zahrnovalo střelbu microjet řešení - o šířce lidského vlasu - paprskem synchrotronových rentgenových paprsků, které jsou vysoce energetickými rentgenovými paprsky. Rentgenové paprsky excitovaly solvatované elektrony a přiměly je, aby vyskočily ze své kapalné klece molekul amoniaku. Vědci pak mohli měřit, kolik energie trvalo k uvolnění solvatovaných elektronů.

Vědci zjistili, že čím vyšší je koncentrace solvatovaných elektronů, tím více se vzorec uvolňování energie shodoval s tím, co je vidět v kovu. Tady je to, co to znamená: Pokud grafujete množství energie potřebné k uvolnění elektronů z jejich klece na kapalný amoniak, kovy mají obvykle tzv. Fermiho hranu, což je velmi náhlý přechod, řekl McMullen. Při nižších koncentracích solvatovaných elektronů vypadá tento graf uvolňování energie spíše jako zaoblený kopec. Pouze při vyšších koncentracích elektronů se objevila tato Fermiho hrana. Okraj odráží, kolik energie mají elektrony při dané teplotě, dodal McMullen.

"Když zvýšíte koncentraci na kovový rozsah, jak vidíte, objeví se tento úžasný vzorec, který je velmi, velmi charakteristický pro kov," řekl McMullen.

Výsledky byly zajímavé, protože ukázaly, že tekutina podobná kovu vytvořená kombinací alkalických kovů a amoniaku je ve skutečnosti kov na základní fyzické úrovni, řekl..

"Je to pravý kov, není to něco, co by vypadalo jako jeden," řekl McMullen.

Solvatované elektrony s nižší koncentrací se používají při typu reakce nazývané Birchova reakce, která přidává elektrony do molekulárních struktur nazývaných aromatické kruhy. Tento druh reakce byl použit při výrobě prvních orálních antikoncepčních tablet v padesátých letech, uvedl McMullen. Pochopením toho, jak solvatované elektrony pracují ve vysokých koncentracích, mohou vědci potenciálně najít nové druhy chemických reakcí, řekl. Mohou například excitovat solvatované elektrony paprsky světla a přimět je, aby se chovali novými způsoby.

"Pokud budete elektronky trochu lechtat, aby byly energeticky vzrušenější, můžete začít zkoumat některé šílené reakce, které by se jinak nikdy nestaly," řekl McMullen.

Vědci zveřejnili svá zjištění 5. června v časopise Science.