Tak powstaje woda. Naukowcy opublikowali wyjątkowe nagranie

Naukowcom udało się zarejestrować proces łączenia się atomów wodoru i tlenu, w którego efekcie powstała maleńka kropelka wody. Dzięki obserwacji procesu z ekstremalną precyzją uczeni odkryli, jak go zoptymalizować, aby wytwarzać wodę w szybszym tempie. Badanie te mogą zostać wykorzystane do wytwarzania wody na żądanie w suchych środowiskach, w tym na innych planetach.

Badacze z Northwestern University po raz pierwszy byli świadkami powstawania maleńkich pęcherzyków wody w czasie rzeczywistym. Obserwując reakcję, zespół ustalił, w jaki sposób zachodzi ten proces, a nawet odkrył nowe sposoby jego przyspieszenia.

Wyniki oraz opis prac ukazał się w "Proceedings of the National Academy of Sciences" (DOI: 10.1073/pnas.2408277121).

Dalsza część artykułu pod materiałem wideo

Woda może powstawać w wielu reakcjach chemicznych. Od początków ubiegłego stulecia naukowcy wiedzą, że może też powstawać w reakcji z udziałem palladu. Ale jak dokładnie zachodzi ten proces? To pozostawało tajemnicą. - To znane zjawisko, ale nigdy nie zostało w pełni zrozumiane – powiedział Yukun Liu, pierwszy autor badania.

Pallad to rzadki pierwiastek z grupy niklowców. Został odkryty w 1803 roku przez Williama Hyde'a Wollastona. Pallad silnie absorbuje gazowy wodór w postaci atomowej, a nie cząsteczkowej. Naukowcy od dekad próbowali zrozumieć, w jaki sposób ten rzadki metal może szybko wytwarzać wodę z wodoru i tlenu.

Jednak obserwowanie procesu z precyzją atomową było do niedawna zwyczajnie niemożliwe. Ale w styczniu tego roku Vinayak Dravid z Northwestern University i jego zespół opracowali ultracienką szklaną membranę, która utrzymuje cząsteczki gazu wewnątrz nanoreaktorów w kształcie plastra miodu, dzięki czemu można je oglądać za pomocą transmisyjnych mikroskopów elektronowych.

Wykorzystując nową technikę, zespół próbował przyjrzeć się bliżej procesowi powstawania wody z udziałem palladu. I to się udało. Badacze z lekkim niedowierzaniem obserwowali w czasie rzeczywistym, jak wodór wnika do palladu i po chwili tworzy się malutka kropelka wody. - Na szczęście nagrywaliśmy to, więc możemy udowodnić innym ludziom, że nie jesteśmy szaleni – zaznaczył Liu.

Po uzyskaniu dowodów wizualnych, zespół dokładnie przeanalizował cały proces. - Dzięki bezpośredniej wizualizacji wytwarzania wody w skali nano byliśmy w stanie zidentyfikować optymalne warunki do szybszego wytwarzania wody – powiedział Vinayak Dravid, starszy autor badania.

Zespół badaczy odkrył, że dodanie najpierw wodoru, a następnie tlenu, prowadzi do najszybszej reakcji. Ponieważ atomy wodoru są tak małe, mogą one przecisnąć się między atomami palladu, powodując rozszerzenie się metalu. Po napełnieniu palladu wodorem naukowcy dodali tlen. Wodór wydostał się z palladu, aby zareagować z tlenem, a pallad skurczył się z powrotem do swojego początkowego stanu.

Badania te mogą doprowadzić do lepszych technik produkcji wody. Jednym z obszarów, w którym mogłoby to pomóc, są podróże kosmiczne. Ponieważ reakcja nie wymaga ekstremalnych warunków, naukowcy twierdzą, że można ją wykorzystać jako praktyczne rozwiązanie do szybkiego wytwarzania wody w suchych środowiskach, w tym na innych planetach. Woda może być problemem podczas dalekich misji na inne planety. Gdyby pallad można było wstępnie wypełnić wodorem, astronauci musieliby tylko dodać tlenu, aby stworzyć wodę pitną.

- Te odkrycia mają istotne implikacje dla praktycznych zastosowań, takich jak umożliwienie szybkiego wytwarzania wody w środowiskach kosmicznych przy użyciu gazów i katalizatorów metalowych, bez konieczności stosowania ekstremalnych warunków – podkreślił Dravid.

Uczony powiedział również, że ich badania są podobne do tego, co robiła postać grana przez Matta Damona w filmie "Marsjanin". - Spalał paliwo rakietowe, aby wydobyć wodór, a następnie dodawał tlen ze swojego utleniacza. Nasz proces jest analogiczny, z tą różnicą, że pomijamy potrzebę ognia i innych ekstremalnych warunków. Po prostu mieszamy pallad i gazy – podkreślił Dravid.

- Pallad może wydawać się drogi, ale nadaje się do recyklingu. Poza tym nasz proces go nie zużywa. Jedyne, co jest zużywane, to gaz, a wodór jest najobficiej występującym gazem we Wszechświecie. Po reakcji możemy ponownie wykorzystywać platformę palladową i tak w kółko – powiedział Liu.

Źródło: Northwestern University, iflScience, fot. Vinayak Dravid/ Northwestern University

Twórz treści i zarabiaj na ich publikacji. Dołącz do WP Kreatora