Středa 15. července 2020, svátek má Jindřich
  • schránka
  • Přihlásit Můj účet
  • Středa 15. července 2020 Jindřich

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

  11:28aktualizováno  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 je členem mezinárodního...

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...

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: ,

Přechod na DVB-T2

Od 27. 11. probíhá postupný přechod na vysílací standard DVB-T2. Kvůli koronavirové pandemii vláda rozhodla o odložení zbývajících přechodů na vysílání DVB-T2. Diváci si tak musí pořídit televizi s podporou kódování H.265 (HEVC) nebo starší televizi doplnit vhodným set-top boxem.

  • Nejčtenější

Nejjasnější kometa za třináct let. Na obloze ji uvidíte i bez dalekohledu

Oficiálně se jmenuje C/2020 F3, ale má také civilnější pojmenování Neowise. Po dlouhé době je to tak jasná kometa, že...

Čech vyfotil kometu Neowise, obrázek v NASA vybrali za snímek dne

Český fotograf Miloslav Druckmüller zabodoval u americké NASA. Agentura vybrala jeho snímek komety Neowise za...

Obří výpadek služeb T-Mobile způsobily dvě chyby v diskovém poli

Přesně před týdnem se T-Mobile potýkal s velkým výpadkem služeb. Nefungovala samoobsluha, aplikace, web, infolinka,...

Delší než z Prahy do Košic. Nový rekordní blesk nemusel být výjimečný

Extrémní přírodní jevy vždy přitahovaly pozornost, už jen proto, že se odehrávají mimo naši kontrolu a navíc ve...

{NADPIS reklamního článku dlouhý přes dva řádky}

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

Obrněnou drezínu vyvinula Tatra pro Polsko, v naší armádě sloužila jediná

Mezi zajímavé bojové prostředky vyráběné v prvorepublikovém Československu patří obrněná drezína Tatra T 18. O co však...

Snažím se naučit mít jizvy po popálení ráda, říká Týnuš Třešničková

Premium Byl to okamžik. Vteřina, v níž ji ožehly plameny. Vlasy, krk, ruce, obličej... Ten krásný obličej, který ji živí. Jedna...

Největší slabiny ojetých dodávek. Přinášíme přehled nejporuchovějších vozů

Premium Dodávky byly stvořeny pro práci. Najedou mnohem více kilometrů než osobní auta, a to v náročných podmínkách. Ne všechna...

VELKÝ TEST ZOO: přehled cen, zvířat i atrakcí. Přijeďte, pomůžete!

Premium Mají otevřeno 365 dní v roce, ať praží slunce, nebo se žení čerti. Na několik týdnů je zavřel až koronavirus. Chcete...

  • Další z rubriky

Bude za něj svět Česku platit? V Praze vzniká ojedinělé výzkumné zařízení

V areálu Ústavu fyziky plazmatu v Praze začíná stavba nového zařízení, které by mělo pomoci při ovládnutí jaderné fúze....

STO OBJEVŮ: Hodiny studia, píle a sounáležitost vznesly Wrighty do nebe

Seriál Byli dva, rodáci z amerického Daytonu. Starší Wilbur a o čtyři roky mladší Orville: bratři Wrightové. Jako první...

Mohli dinosauři sedět na vejcích? Velká část z nich zřejmě ne

Nový objev překvapivě ukazuje, že řada dinosaurů snášela vejce s měkkou skořápkou. To nám zase naznačuje leccos o...

Počet úmrtí na covid-19 má pomoci snížit známý lék za pár desítek korun

Běžný přípravek může výrazně snižovat počet úmrtí u pacientů s velmi vážným průběhem nemoci covid-19. Tvrdí to autoři...

Advantage Consulting, s.r.o.
ŘIDIČ VZV (OPERÁTOR) - NÁSTUPNÍ BONUS

Advantage Consulting, s.r.o.
Ústecký kraj
nabízený plat: 25 000 - 28 000 Kč

Nejjasnější kometa za třináct let. Na obloze ji uvidíte i bez dalekohledu

Oficiálně se jmenuje C/2020 F3, ale má také civilnější pojmenování Neowise. Po dlouhé době je to tak jasná kometa, že...

Sedmnáctiletá přítelkyně Bohuše Matuše je těhotná

Bohuš Matuš (46) a jeho partnerka, o devětadvacet let mladší Lucie (17), se těší na svého prvního potomka. Dítě by se...

Depp a Heardová u soudu perou špinavé prádlo. Kromě drog došlo i na výkaly

Johnny Depp popřel, že by během pobytu na svém soukromém ostrově na Bahamách zaútočil na exmanželku Amber Heardovou....

Snažím se naučit mít jizvy po popálení ráda, říká Týnuš Třešničková

Premium Byl to okamžik. Vteřina, v níž ji ožehly plameny. Vlasy, krk, ruce, obličej... Ten krásný obličej, který ji živí. Jedna...

Zemřela herečka Kelly Prestonová, manželka Johna Travolty

Americká herečka Kelly Prestonová zemřela v 57 letech na rakovinu prsu. Manželka herce Johna Travolty, který její smrt...