Pondělí 2. srpna 2021, svátek má Gustav
  • schránka
  • Přihlásit Můj účet
  • Pondělí 2. srpna 2021 Gustav

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 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: ,
  • Nejčtenější

Setkání, která se nekonala. Olympioniky přenáší do studia šikovný trik

V přenosech olympijských studií kanálů Eurosport se střídá jedna sportovní hvězda za druhou, přitom fyzicky od sebe...

První oceánský kabel měl dráty tak dlouhé, že by nás spojily s Měsícem

V létě roku 1866 byl po několika neúspěšných pokusech položen na dno Atlantiku první dlouhodobě fungující telegrafní...

Deset tipů pro Word. Praktické funkce, o kterých jste možná ani nevěděli

Premium Microsoft Word je jedním z nejčastěji používaných textových editorů. Je funkční, flexibilní a pohodlně se používá....

Příběh nejslavnější vzducholodě. Před 90 lety byla na arktické expedici

Vzducholoď LZ 127 Graf Zeppelin má na kontě několik položek ve fiktivní tabulce nejvýznamnějších úspěchů v historii...

{NADPIS reklamního článku dlouhý přes dva řádky}

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

Mezinárodní vesmírná stanice se rozšířila o ruskou laboratoř Nauka

Víceúčelový laboratorní modul nazvaný Nauka byl úspěšně připojen k Mezinárodní vesmírné stanici ISS. Z kosmodromu...

KOMENTÁŘ: Cesta do elektromobilního pekla. Auta přinášejí víc problémů než výhod

Premium Nová doba elektromobilní nás vrátí o půlstoletí zpátky: auto bude luxus, mobilita taky a draze to zaplatíme všichni. I...

Mlčeti zlato. Profesionální vyjednavač vysvětluje, jak jednat s dětmi či šéfem

Premium Každý člověk vyjednává v průměru pětkrát za den. Doma s partnerem, s dětmi, v práci se šéfem, s podřízenými. Radim...

Český vlk z Wall Street jde k soudu. Hlavní roli v kauze Via Chem má miliardář Sisák

Premium Schyluje se k dlouho očekávané soudní bitvě, v níž je hlavní postavou známý český finančník a miliardář Petr Sisák...

  • Další z rubriky

STO OBJEVŮ: První na Everestu stanul Hillary. Pak se stal z hory Disneyland

Seriál Když 29. května 1953 stanuli na Mount Everestu Edmund Hillary a Tenzing Norgay, neviděli nikde živáčka. Dnes horolezci...

Událost vyhubivší dinosaury, přichází průměrně jednou za 500 milionů let

Nové poznatky o kosmickém zabijákovi dinosaurů ukazují, že to byl temný kosmický tulák. Na zkoumání jeho původu se...

Jak vzniká duha? Není to jen krásný nebeský úkaz, skrývá mnoho tajemství

Premium Viděli jsme ji stokrát, a stejně pokaždé vykřikneme: Koukej, duha! Když venku prší a zároveň svítí sluníčko, můžeme na...

STO OBJEVŮ: Sám ve volném vesmíru Leonov málem přišel o život

Seriál Chybělo jen velice málo, první lidský výstup do volného kosmu mohl místo triumfu dopadnout tragicky. Alexej Leonov však...

Akční letáky
Akční letáky

Všechny akční letáky na jednom místě!

Ostych a stud před kolegy jsou ztracená energie, míní Vica Kerekes

Slovenská herečka maďarského původu Vica Kerekes (40) přijala nabídku režiséra Tomáše Svobody a zahraje si v jeho...

Zemřel herec Vladimír Marek, roky bojoval s rakovinou

V nedožitých 70 letech zemřel ve čtvrtek divadelní, muzikálový i televizní herec Vladimír Marek. Podle Blesk.cz se od...

Teď už se nestává, že bych si místo peněz odvezl auto, říká podnikatel

Táta Ivo byl původně horníkem, syn stejného jména automechanikem. Hned po revoluci skočili rovnýma nohama do podnikání...

Dubrovník se konečně připojil ke zbytku země, most se vyhýbá Bosně

Připevněním posledního segmentu budovaného mostu na poloostrov Pelješac se ve čtvrtek spojila dosud oddělená oblast...

Britney Spears se ukázala nahoře bez. Prý na protest proti otci

Britney Spears (39), která s otcem bojuje u soudu kvůli opatrovnictví a správě jejího majetku, zveřejnila na sociálních...