Neděle 4. prosince 2022, svátek má Barbora
  • schránka
  • Přihlásit Můj účet
  • Neděle 4. prosince 2022 Barbora

Čeští vědci pomohli najít energetickou vazbu, která ukazuje, jak vzniká kov

  11:28
Detailní popis toho, jak z elektrolytu vznikne kov, se podařilo popsat skupině vědců, mezi kterými je i Pavel Jungwirth z Ústavu organické chemie a biochemie. Jejich práce se dostala až na obálku prestižního vědeckého časopisu Science.

Umělecké ztvárnění vzniku vodivostního pásu v tekutém amoniaku způsobeném rostoucím množstvím rozpuštěných elektronů (zeleně) na pravé straně. | foto: Tomáš Belloň / ÚOCHB

Už ze školních lavic si možná pamatujete, že kov je charakterizovaný i tím, že má mnoho volných elektronů a je to tak dobrý vodič. Jak ale takový kov, respektive kovový vodivý pás vzniká? To se podařilo popsat skupině vědců z Ústavu organické chemie a biochemie a Matematicko-fyzikální fakulty Karlovy spolu s vědci z americké University of Southern California, pařížské PSL University, německého Institutu Maxe-Plancka a dalších. Výsledek jejich práce vyšel tento týden v časopise Science.

Vědci v něm popsali přechod ke „kovovému chování“ na molekulární úrovni, konkrétně ukázali, jak přesně z původně vázaných elektronů vzniká kovový vodivostní pás.

„Představte si třeba drát, kde jsou elektrony, které tím drátem tečou. My teď máme krásný, modelový systém, kde se to na začátku chová jako izolátor, žádné elektrony tam netečou. Přidáme alkalický kov a najednou ty elektrony propojí a vytvoří to, čemu říkáme vodivostní pás. Vznikne nám kovové chování,“ popsal chemik Pavel Jungwirth z Ústavu organické chemie a biochemie.

Místo výbuchu objev

K současnému objevu podle jeho slov vedla několikaletá cesta. Zásadní na ní bylo využití kapalného amoniaku.

„Ten výzkum začal takovým ‚hraním si‘ – házením sodíku do vody, což zná asi každý z hodin chemie jako experiment, kdy se ukáže, jak vypadá výbuch,“ poznamenal chemik. „Ten trik, který jsme tehdy udělali, je, že místo vody jsme tam dali kapalný amoniak, kdy k výbuchu nedochází. A člověk tak může přidávat více a více alkalického kovu,“ popisuje výzkumník.

Vědci při práci využili metodu fotoelektronové spektroskopie. „Na synchrotronu, třeba v Berlíně, kde mají velice silný zdroj rentgenového záření, můžeme materiál ozářit a studovat elektrony v něm,“ popsal Jungwirth. 

Technika, která využívá ultravysokého vakua, se přitom dlouho považovala za neslučitelnou se zkoumáním těkavých kapalin, jakou je i kapalný amoniak (čpavek). První fotoelektronová měření čistého kapalného amoniaku se podařila teprve loni právě Jungwirthovu týmu a jeho kolegům z jihokalifornské univerzity na synchrotronu BESSY II v Berlíně. Uspěli díky technice mikronástřiků.

Při současném výzkumu pak vědci využili také nejmodernější výpočetní postupy pro stanovení elektronových struktur a získali tak detailní molekulový popis přechodu nekovové látky v kovovou.

„Společně se dvěma doktorandy jsme numericky počítali, jak se během extrémně krátkých časových úseků systém vyvíjí na molekulární úrovni a jaké zaujímá za dané teploty struktury. Šlo o rozsáhlé výpočty pomocí metody ab initio molekulární dynamiky,“ upřesňuje dr. Ondřej Maršálek z Matematicko-fyzikální fakulty UK.

Pavel Jungwirth z Ústavu organické chemie a biochemie

Kombinací fotoelektronové spektroskopie a pokročilých výpočtů elektronové struktury tak následně mohli popsat a na molekulové úrovni zmapovat, jak z původního elektrolytu vznikl kovový roztok lithia, sodíku a draslíku, tedy alkalických kovů, v tekutém čpavku. V podstatě se tak podařilo podrobně ukázat přechod z elektrolytu ke kovovému roztoku.

„S využitím fotoelektronové spektroskopie pomocí rentgenového synchrotronního záření výzkumníci poprvé zachytili fotoelektronový signál kolem 2 eV odpovídajícím elektronům rozpuštěným v tekutém amoniaku,“ popisuje vědec výsledky na stránkách Ústavu organické chemie a biochemie.

Titulní strana magazínu Science s grafikou znázorňující barevný přechod nevodivého čpavku k vodivému, když byl obohacen alkalickými kovy.

Alkalické kovy rozpuštěné v kapalném amoniaku představují modelové systémy zajímavé pro zkoumání přechodu modrého elektrolytu s nízkou koncentrací rozpuštěných elektronů k bronzově či zlatě zbarvenému kovovému roztoku (s vodivostí srovnatelnou s měděným drátem) s vysokou koncentrací volných elektronů. Právě tento barevný přechod se dostal v podobě grafiky na titulní stranu vědeckého časopisu.

Je zajímavé, že tento výzkum vznikl jako vedlejší k hlavnímu zaměření skupiny kolem Pavla Jungwirtha, která se totiž zabývá především porozumění biologickým procesům, týkajících se iontů solí.

Kovová voda

„Toto je taková přípravná fáze. Snažíme se vrátit zpátky k vodě, ve které alkalické kovy vybuchují, a udělat nějaký ‚trik‘, abychom mohli připravit kovovou vodu. Tedy vodu, která bude mít vlastnost kovu,“ dodal Jungwirth k hlavnímu cíli zkoumání. Doufá, že nynější studie otevře dveře k realizaci jejich „nejvýbušnějšího snu“.

Podle něj by se mělo podařit připravit kovovou vodu tak, že ji velmi opatrně smícháme s alkalickými kovy. Kovová voda zatím ještě nebyla nikdy vyrobena, a pokud by se to českému týmu podařilo, bylo by to poprvé, co by vznikl takový tekutý vodič s kovovým vodivým pásem. Výsledek by pomohl lépe pochopit, jak vzniká „kovové chování“ a s ním spojené vlastnosti, jako je velmi vysoká elektrická vodivost.

Autoři: ,
  • Nejčtenější

Velký meteorit ukrýval dva minerály, které jsme doposud na Zemi neviděli

Doposud jsme podobné nerosty mohli najít jako uměle vyrobené v laboratoři nebo v teoretických pracích. Díky poslu z...

„Svatba“ letounu L-39NG. Ve Vodochodech se po letech opět sériově vyrábí

Po osmi letech vývoje vyvrcholila práce na letounu L-39NG. Moderní následník slavného Albatrosu vstupuje do sériové...

{NADPIS reklamního článku dlouhý přes dva řádky}

{POPISEK reklamního článku, také dlouhý přes dva a možná dokonce až tři řádky, končící na tři tečky...}

PODCAST: Vodu z Dněpru nepijte. Utopilo se v něm hodně ruských vojáků

Podcast Náš spolupracovník Tomáš Kolařík se vypravil do ukrajinského Chersonu záhy po jeho osvobození. Během týdne pobytu ve...

Letectví se mění k nepoznání. Historie ukazuje, že rozhodně ne poprvé

Premium Civilní letectví prochází obdobím obřích změn. Na jedné straně letecké společnosti bankrotují a zanikají, na druhé...

{NADPIS reklamního článku dlouhý přes dva řádky}

{POPISEK reklamního článku, také dlouhý přes dva a možná dokonce až tři řádky, končící na tři tečky...}

Starlink od SpaceX chystá druhou fázi konstelace a zavádí limity

Výstavba satelitní konstelace Starlink začala přesně před třemi roky. Nyní SpaceX připravuje první misi pro nejnovější...

Rozsáhlé zotročování lidí v Česku. Gang vydělal na práci bezdomovců miliony

Premium Na Ústecku roky mizeli bezdomovci a sociálně slabí žijící na ulici, jako by dostali „druhou šanci“. Končili v domě na...

Janečkova zpověď: vězení, alkohol, život bez domova. A kam zmizel Maradonův dres?

Premium Když ho konečně doženete, musíte zbystřit, jestli vás smysly neklamou. Jak může člověk, který se už patnáct let...

Vydělali za covidu, nakupují nemovitosti. Pandemie zrodila nové milionáře

Premium Zatímco většině podnikatelů v Česku způsobil covid ztráty, některým naopak poskytl životní příležitost ke zbohatnutí....

Jak se z vyhladovělé čelisti stal nejstarší známý dinosaurus

První „praví“ dinosauři pravděpodobně existovali již v období středního triasu (asi před 245 miliony let). My však...

Smrtící zbraň na ocasech stegosauridů. Bodce pronikaly orgány i kostmi

Stegosauridy máme v našich představách spojené s jejich nápadnými tělními ozdobami v podobě plátů pokrývajících krky,...

„Přečetl“ neandrtálce i dávné předky v nás. Nobelovu cenu má evoluční genetik

Ve švédském Stockholmu začalo v pondělí letošní udělování Nobelových cen. Jako první byla vyhlášena cena za fyziologii...

Tyranosaurus znovu překvapil, podle nových výpočtů mohl být větší a těžší

I když se nám zdá, že o dinosaurech a jejich nekorunovaném králi tyranosaurovi toho víme poměrně hodně, není tomu tak....

Žena už nemohla vystát obří ňadra, rozhodla se pro operativní zmenšení

Kylie Perkinsová, čtyřiadvacetiletá dvojnásobná matka z Aljašky, podstoupila zmenšení poprsí, aby se zbavila...

Ivan Trojan si s manželkou vypořádal majetek, bulvár spekuluje o rozvodu

Ivan Trojan (58) a Klára Pollertová-Trojanová (51) si v září podle veřejně dostupných dokumentů vypořádali společný...

Známý český stylista Jan Pokorný spáchal ve 39 letech sebevraždu

Jeden z nejuznávanějších českých stylistů Jan Pokorný spáchal ve čtvrtek ve svých devětatřiceti letech sebevraždu...

Pavel Nedvěd se dostal do potyčky v domě partnerky, zasahovala policie

Bývalý reprezentační kapitán a donedávna místopředseda fotbalového Juventusu Turín Pavel Nedvěd se dostal do potyčky s...

Otec zavelel, šetříme! Rodina vypnula elektřinu a topí jednou týdně

Zvyšování cen energií nutí lidi k nečekaným rozhodnutím. Jedna rodina z Londýna se rozhodla vrátit do minulosti. Šetří,...