Po raz pierwszy naukowcy byli świadkami powstawania wody w skali atomowej
Po raz pierwszy w dziejach badacze byli świadkami - w czasie rzeczywistym i na poziomie molekularnym - połączenia się atomów wodoru i tlenu, tworząc maleńkie pęcherzyki wody.
Ponieważ reakcja nie wymaga ekstremalnych warunków, naukowcy twierdzą, że można ją wykorzystać jako praktyczne rozwiązanie do szybkiego wytwarzania wody w suchych środowiskach, także na innych planetach.
Osiągnięcie jest wynikiem żmudnych badań przeprowadzonych na Northwestern University w USA, podczas których naukowcy starali się zrozumieć, w jaki sposób pallad, rzadki pierwiastek metaliczny, katalizuje reakcję gazową, aby wytworzyć wodę.
Obserwując reakcję w skali nano, zespół odkrył, w jaki sposób zachodzi ten proces, a nawet odkrył nowe sposoby jego przyspieszenia. Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie Proceedings of the National Academy of Sciences.
Tak jak Marsjanin tylko lepiej
Te odkrycia mają istotne implikacje dla praktycznych zastosowań, takich jak umożliwienie szybkiego wytwarzania wody w głębokich środowiskach kosmicznych przy użyciu gazów i katalizatorów metalowych, bez konieczności stosowania ekstremalnych warunków reakcji
- powiedział Vinayak Dravid, starszy autor badania.
Brzmi to dość enigmatycznie, ale naukowcy radzą, by pomyśleć o postaci Matta Damona, Marku Watneyu, w filmie "Marsjanin". Pamiętacie zapewne, jak spalał paliwo rakietowe, aby wydobyć wodór, a następnie dodawał tlen ze swojego utleniacza, aby stworzyć wodę (o mało nie zakończyło się to katastrofą).
Proces przy użyciu palladu jest analogiczny, z tą różnicą, że pomija potrzebę wzniecania ognia i stwarzania innych ekstremalnych warunków. Po prostu mieszamy pallad i gazy i mamy wodę.
Więcej o wodzie i technologii przeczytasz na Spider`s Web:
100 lat czekania
Od początku XX wieku naukowcy wiedzieli, że pallad może działać jako katalizator do szybkiego wytwarzania wody. Ale jak dokładnie zachodzi ta reakcja, pozostawało głęboką tajemnicą.
Oglądanie procesu z precyzją atomową było po prostu niemożliwe. Sytuacja zmieniła się dziewięć miesięcy temu. W styczniu 2024 r. zespół Dravida zaprezentował nowatorską metodę analizy cząsteczek gazu w czasie rzeczywistym.
Dravid i jego zespół opracowali ultracienką szklistą membranę, która utrzymuje cząsteczki gazu wewnątrz nanoreaktorów w kształcie plastra miodu, dzięki czemu można je oglądać w wysokopróżniowych transmisyjnych mikroskopach elektronowych.
Dzięki nowej technice naukowcy mogą badać próbki w gazie pod ciśnieniem atmosferycznym z rozdzielczością zaledwie 0,102 nanometra.
Najmniejsza bańka, jaką kiedykolwiek widziano
Wykorzystując nową technologię, badacze zbadali reakcję palladu. Najpierw zobaczyli, jak atomy wodoru wchodzą do palladu, rozszerzając jego kwadratową sieć. Ale gdy zobaczyli, jak na powierzchni palladu tworzą się maleńkie bąbelki wody, naukowcy nie mogli uwierzyć własnym oczom.
To może być najmniejsza bańka, jaka kiedykolwiek powstała, którą obserwowano bezpośrednio. Na szczęście nagrywaliśmy to, więc mogliśmy udowodnić innym ludziom, że nie jesteśmy szaleni
- powiedział Liu.
Po potwierdzeniu, że reakcja palladu wytworzyła wodę, naukowcy postanowili zoptymalizować proces. Dodawali wodór i tlen oddzielnie w różnych momentach lub mieszali je razem, aby ustalić, która sekwencja zdarzeń wytworzyła wodę najszybciej.
Zespół Northwestern wyobraża sobie, że w przyszłości astronauci przed podróżą w kosmos będą zabierać pallad wypełniony wodorem. Następnie, aby wytworzyć wodę do picia lub podlewania roślin, astronauci będą musieli jedynie dodać tlen.
Pallad może wydawać się drogi, ale można go poddać recyklingowi. Nasz proces go nie zużywa. Jedyne, co się zużywa, to gaz, a wodór jest najbardziej rozpowszechnionym gazem we wszechświecie. Po reakcji możemy ponownie wykorzystywać platformę palladową bez końca
- powiedział Liu.
