Les reflets dorés de cette goutte d’eau sont un signe qu’elle est devenue… métallique ! Explications. On sait que la plupart des matériaux isolants peuvent devenir conducteurs lorsqu’ils sont soumis à de fortes pressions. Dans ces conditions, les atomes et les molécules sont comprimés à un point tel que leurs électrons deviennent libres de circuler dans le matériau et donc de conduire un courant électrique, comme dans un métal. Il en serait ainsi de l’hydrogène dans les profondeurs des planètes géantes Jupiter et Saturne, et de l’eau dans les couches internes de Neptune et Uranus. Pourtant, l’eau pure est un très mauvais conducteur. Dans la vie quotidienne, c’est la présence d’ions dans l’eau qui la rend conductrice. Pour transformer de l’eau pure en métal, il faudrait exercer une pression de 15 millions de bars (1 bar correspond environ à la pression de l’atmosphère terrestre). Philip Mason, de l’Académie des sciences tchèque, à Prague, et ses collègues ont trouvé une autre solution pour réaliser cette transformation.

L’idée consiste à enrichir l’eau avec des électrons en mettant, par exemple, le liquide en contact avec des métaux alcalins, tels que le sodium ou le potassium. En 2020, Philip Mason et ses collègues avaient réussi à rendre de l’ammoniac liquide métallique par cette approche. Le problème est que les métaux alcalins réagissent très violemment avec l’eau, la décomposant rapidement en dihydrogène, qui peut s’enflammer ou exploser en présence d’oxygène.

Les chimistes ont donc cherché comment obtenir une vitesse de diffusion des électrons plus élevée que la vitesse de réaction de ces mêmes électrons avec l’eau, conduisant à sa décomposition et la production d’ions hydroxydes. Pour cela, ils ont utilisé un alliage de sodium et de potassium liquide à température ambiante. Grâce à une aiguille, ils ont introduit des gouttes de ce mélange dans une enceinte où ils ont établi un vide poussé. Ils ont alors ajouté de la vapeur d’eau pour atteindre une pression de 10-4 millibar.

L’équipe a alors constaté que la goutte alcaline, initialement de couleur argentée, se couvre instantanément d’une pellicule dorée. Cet état persiste environ cinq secondes. Elle prend ensuite une couleur bronze pendant deux à trois secondes puis devient violet-bleu. À la fin de l’expérience, la goutte est couverte d’une couche blanche.

Que s’est-il passé ? Au début de l’expérience, les molécules d’eau s’adsorbent à la surface de la goutte. Pendant quelques secondes, les électrons libres migrent plus vite depuis la goutte alcaline vers la couche d’eau qu’ils n’interagissent avec cette dernière. L’eau est alors fortement dopée en électrons (avec une densité de 5 x 1021 électrons libres par centimètre cube) et devient métallique. Des ions hydroxydes se forment puis interagissent avec les ions métalliques qui arrivent dans un second temps pour donner des hydroxydes alcalins, la couche blanche finale.

Restait à confirmer le caractère métallique de la pellicule d’eau à la surface de la goutte alcaline. La couleur dorée est indicatrice de la présence d’un plasmon, un état oscillant de particules chargées et libres – les électrons – ce qui n’est possible que dans un métal. Avec des analyses spectroscopiques complémentaires (par spectrométrie de photoélectrons induits par rayons X), Philip Mason et ses collègues ont confirmé que l’eau était bien devenue métallique pendant quelques secondes.





Source [ Pour la science ]