Pátek 18. června 2021, svátek má Milan
  • schránka
  • Přihlásit Můj účet
  • Pátek 18. června 2021 Milan

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

Některé funkce z Windows a Office zmizely. Připomeňte si ty nejhorší

Microsoft se v průběhu let v systému Windows zbavil celé řady funkcí. Některé byly zbytečné, jiné až otravné. Pojďme si...

Nainstalovali jsme uniklé Windows 11. Podívejte se, jak novinka vypadá

Měli jsme je vidět až 24. června, jenže Microsoftu unikl instalační soubor na internet. Neveřejné sestavení 21996.1 si...

Nástupce Windows 10 unikl na internet. Bude mít označení 11

Jak se blíží speciální akce Microsoftu, na níž má odhalit budoucnost Windows, objevují se úniky, které ukazují, jak by...

Podívejte se, jak Měsíc „ukousnul“ Slunce při částečném zatmění

Krátce před čtvrtečním polednem začala dvě hodiny trvající vesmírná podívaná, která není tak častá, a na rozdíl od...

{NADPIS reklamního článku dlouhý přes dva řádky}

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

Windows 10 asi skončí. Co přijde po nich, není jisté

Již za devět dní bychom se mohli dozvědět, zda se společnost Microsoft rozhodla porušit své pravidlo a pokročit v...

Znásilnil mě lékař. Prvně mě muž osahával v deseti. Oběti popsaly své zážitky

Premium Ve vlaku, v práci, u lékaře, na táboře. Sexuální obtěžování zažívají především dívky již ve velmi mladém věku, často se...

Sledujeme začátek rituální sebevraždy lidstva, říká Čech s IQ 206

Premium Je jedním z nejchytřejších Čechů, ale jako robot nepůsobí. Při osobním setkání je Karel Kostka, vzděláním učitel,...

Z dětství jsem si nesla zranění, rodinu chceme, říká Gregor Brzobohatá

Premium Vítězka Miss World, topmodelka, zakladatelka nadace a influencerka Taťána Gregor Brzobohatá přijala další výzvu: právě...

  • Další z rubriky

Odpověď na otázku, kolik mozků měli dinosauři, je jasná

Příběh domnělého druhého mozku u dinosaurů má dlouhou historii, která se táhne až do dob Divokého západu a proslulých...

STO OBJEVŮ: Trevithick a Stephenson protkali Zemi železnou pavučinou

Seriál Koleje využívá lidstvo odpradávna, v terénu je vyjezdily různé vozy tažené zvířaty. Ale s využíváním železných kolejnic...

Jako na drogách. Pravěké malíře stimuloval nedostatek kyslíku a světla

Proč se malíři ze starší doby kamenné vydávali do špatně osvětlených míst, kde navíc trpěli nedostatkem kyslíku? Podle...

STO OBJEVŮ: Zkáza, nebo brána? Černá díra zůstává neprozkoumaným divem

Seriál Žravé monstrum, které jednou nevyhnutelně zničí Zemi, nebo časoprostorová brána do jiných světů? V každém případě jde o...

Postarejte se o svou fyzičku i během léta. Soutěžte s pečivem Fit den o hodinky GARMIN
Postarejte se o svou fyzičku i během léta. Soutěžte s pečivem Fit den o hodinky GARMIN

Načerpejte energii díky chlebům Penam Fit den, které jsou určené pro každého, kdo chce být fit. Díky vysokému obsahu vlákniny vás zasytí na delší...

Sledujeme začátek rituální sebevraždy lidstva, říká Čech s IQ 206

Premium Je jedním z nejchytřejších Čechů, ale jako robot nepůsobí. Při osobním setkání je Karel Kostka, vzděláním učitel,...

Moderátor Aleš Cibulka skončil na jednotce intenzivní péče

Čtyřiačtyřicetiletý Aleš Cibulka měl v sobotu v rozhlasovém pořadu Tobogan dělat narozeninový rozhovor s herečkou Marií...

Primark v Praze otevřel: fronta až od koně, hasiči lidi ve vedru kropili

S ročním zpožděním způsobeným koronavirovými restrikcemi se na Václavském náměstí otevřela pobočka irského řetězce s...

Dojemné parte Šafránkové. Nikde mě nehledejte, jsem všude, také tedy ve vás

Pozůstalí po herečce Libuši Šafránkové ve čtvrtek zveřejnili netradiční smuteční oznámení. Dominuje mu černobílá...

Toto XXL mi lichotí, říká Farna. Je tváří billboardu na Times Square

Ewa Farna (27) se s písní Tělo dostala až na slavnou obří reklamní obrazovku na newyorské Times Square. Spotify zde...