Svi znamo sastojke za vodu. Uzmite dva atoma vodonika i jedan kiseonika, spojite ih samo tako, i voila – imate molekul najvažnijeg jedinjenja za život na Zemlji.
Sada, po prvi put, naučnici su izbliza posmatrali ovaj proces u akciji. U realnom vremenu, i na molekularnoj skali, naučnik o materijalima Vinaiak Dravid sa Univerziteta Northvestern i njegove kolege posmatrali su kako najmanji mehur vode ikada viđen cveta naizgled iz ničega.
Kako su to uradili? Iskorištavanjem čudnih moći paladijuma, metala za koji je poznato da katalizira dva elementa za sintezu vode.
„Pomislite na lik Meta Dejmona, Marka Votnija, u filmu Marsovac“, kaže Dravid. „On je spalio raketno gorivo da bi izvukao vodonik, a zatim dodao kiseonik iz svog oksigenatora. Naš proces je analogan, osim što zaobilazimo potrebu za vatrom i drugim ekstremnim uslovima. Jednostavno smo pomešali paladijum i gasove zajedno.“
Znamo za čudnu sposobnost paladijuma da sintetiše značajne količine vode za relativno kratko vreme. Ali kako tačno funkcioniše, bilo je teško odrediti. To je zato što je teško posmatrati proces na skali na kojoj se dešava.
„Zaista morate biti u mogućnosti da kombinujete direktnu vizualizaciju stvaranja vode i analizu strukture na atomskoj skali da biste shvatili šta se dešava“, objašnjava naučnik za materijale Jukun Liu sa Univerziteta Severozapad.
Da bi prevazišao ovu značajnu prepreku, tim je razvio membranu koja hvata molekule unutar sićušnih, heksagonalnih nanoreaktorskih ćelija. Ovo olakšava snimanje molekularnih procesa pomoću transmisione elektronske mikroskopije, sve do nanometarske skale.
Čak i tako, istraživači nisu bili sigurni da će njihov pokušaj da direktno posmatraju reakciju paladijuma biti uspešan. Dodali su atome vodonika i kiseonika na površinu komada paladijuma širokog 20 nanometara i koristili svoju membranu da shvate interakciju koja je usledila.
Jedan molekul vode je manji od jedne trećine nanometra u prečniku, dok su atomi od kojih se sastoje daleko, daleko manji. Da bi ‘videli’ vezu ovih sićušnih jedinjenja, istraživači su koristili oblik elektronske mikroskopije koja je zabeležila energiju izgubljenu rasejanjem elektrona.
Na njihovo iznenađenje, mogli su da posmatraju, u realnom vremenu, kako se atomi kombinuju i formiraju mali mehur vode na površini paladijuma.
„Mislimo da bi to mogao biti najmanji balon ikada formiran koji je direktno posmatran“, kaže Liu. „Nije ono što smo očekivali. Srećom, snimili smo to, da bismo dokazali drugim ljudima da nismo ludi.“
Zatim su eksperimentisali pokušavajući da pojednostave proces, dodajući odvojeno gasove vodonika i kiseonika. Uspeli su da utvrde da se proces odvija u dva koraka. Prvo, atomi vodonika se stisnu u površinu paladijuma, ubacujući se u atomsku rešetku i naduvavajući površinu metala, uzrokujući njegovo širenje.
Zatim, kada se doda kiseonik, vodonik izlazi iz svojih paladijumskih skrivenih rupa i spaja se sa kiseonikom i stvara kapljice vode. U međuvremenu, paladijum se opušta u prvobitno stanje bez natečenosti.
„Paladijum može izgledati skupo, ali se može reciklirati“, kaže Liu. „Naš proces ga ne troši. Jedino što se troši je gas, a vodonik je najzastupljeniji gas u univerzumu. Nakon reakcije, paladijumsku platformu možemo ponovo da koristimo iznova i iznova.“
To je tako jednostavan proces, koji se može skalirati. Sve što vam treba je veći komad paladijuma. S obzirom na stabilno snabdevanje recikliranim kiseonikom i vodonikom, molekuli vode bi se mogli izgraditi od nule na lunarnom staništu, bazi na Marsu, svemirskoj stanici ili možda dugom svemirskom letu do zvezda.
Dovoljno veliki komad paladijuma mogao bi da dopuni vodosnabdevanje sa Zemlje gde je voda oskudna, a reciklirani malina je na meniju. Zamišljamo da bi sok od paladijuma mogao biti dobrodošla promena.
Istraživanje je objavljeno u časopisu PNAS.
