Sodík reaguje s vodou dosti bouřlivě, stejně jako další alkalické kovy. Však je to také efektní školní pokus, o který své studenty ochudí jen ten nejlínější chemikář. Aktuální výzkum, na němž mají lví podíl fyzikální chemikové z Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR, odhaluje dosud neznámé detaily počátku této explozivní reakce.

Při vhození sodíku do vody se uvolňuje velké množství tepla (jedná se o silně exotermní reakci), což vede mimo jiné k tomu, že se vznítí vodík, který je spolu s hydroxidem sodným produktem reakce. Vědci ze skupiny Pavla Jungwirtha z ÚOCHB AV ČR ale ve spolupráci s kolegy z univerzity v německém Braunschweigu ukázali, že počáteční fáze je složitější.  Výsledky publikoval časopis Nature Chemistry.

Plyny vznikající na rozhraní mezi kovem a vodou by měly reaktanty od sebe oddělit a tím reakci potlačit. Jak to, že k výbuchu přesto dochází?

Pomocí záběrů ultrarychlé kamery (přes 10 000 snímků za sekundu) a molekulových simulací vědci ze skupiny Pavla Jungwirtha odhalili dosud neznámý primární mechanismus explozivní reakce alkalických kovů ve vodě. Poté, co elektrony přejdou z alkalického kovu do vody, získá kov obrovský kladný náboj. Díky vzájemnému odpuzování těchto nábojů dojde k takzvané coulombovské explozi, kdy z povrchu vylétávají ohromnou rychlostí kousky kovu do vody. Tím dochází k efektivnímu promíchání reaktantů, což je nutná podmínka k výbuchu.

Ze slitiny sodíku a draslíku vystřelují do okolní vody kousky kovu. Zdroj: Mason et al., Nature Chemistry 2015.

Ze slitiny sodíku a draslíku vystřelují do okolní vody kousky kovu. Zdroj: Mason et al., Nature Chemistry 2015.

 

Slitina sodíku a draslíku ve vodě pohledem ultrarychlé kamery. Nahoře kapka kapalné slitiny Na/K, dole pro srovnání kapka vody. Nejprve nad hladinou, od 00:37 pohled zespodu, na němž jsou vidět vystřelující kousky kovu. Zdroj: Mason et al., Nature Chemistry 2015.

 

Simulace chování shluku 4000 atomů sodíku ve vodě během několika pikosekund (biliontin sekundy). Atomy sodíku v kontaktu s vodou rychle získávají kladný náboj a vzájemně se odpuzují. Shluk této velikosti (má průměr asi 0,5 miliontiny milimetru) představuje minimální kritickou velikost, při níž do okolní vody začínají vystřelovat kousky kovu, čímž se reaktanty efektivně promíchávají a může dojít k výbuchu. Zdroj: Mason et al., Nature Chemistry 2015.

 

Tento objev dává návod, jak podobným výbuchům předejít v technologiích používajících alkalické kovy (např. při chlazení rychlých jaderných reaktorů), autoři si od něj ale především slibují, že potěší zapálené učitele chemie a jejich žáky.

ČTĚTE TAKÉ:  Když se rozpouští elektron  (další práce Pavla Jungwirtha a kol.)

 

Takhle američtí vojáci v roce 1947 likvidovali přebytečné zásoby sodíku vhozením do jezera Lenore ve státě Washington. Ochranou přírody se tehdy zjevně netrápili.

 

S využitím tiskové zprávy ÚOCHB AV ČR a Mason et al., Nature Chemistry 2015, DOI: 10.1038/NCHEM.2161).

Titulní ilustrace: Simulace chování shluku 4000 atomů sodíku ve vodě během několika pikosekund (biliontin sekundy). Zdroj: Mason et al., Nature Chemistry 2015.

Print Friendly