صحنه آهسته واکنش فلزهای قلیایی با آب

حتماً در آزمایشگاه‌های شیمی ، واکنش فلزهای قلیایی را با آب مشاهده کرده‌اید ؛ واکنشی انفجاری که با آزاد شدن گاز هیدروژن و تولید محلول قلیایی همراه است . و حتماً دلیل این انفجار را آزاد شدن سریع گاز هیدروژن می‌دانید ! nasrollahi5.blogfa.com

اخیراً دانشمندان جمهوری چک ، این واکنش را مورد بازبینی قرار داده‌اند . آن‌ها معتقدند که شدت این واکنش به خاطر آزاد شدن گاز هیدروژن نیست ، چراکه پس از تولید اندکی گاز هیدروژن ، یک لایه از گاز و بخار آب بین فلز و آب قرار می‌گیرد و مانع پیشرفت واکنش می‌شود . پژوهشگران دلیل سرعت بالای واکنش را « بی‌ثباتی شدید بار الکتریکی » درون فلز می‌دانند . شیمی دانشی برای همه ی روزگاران  

بدین منظور ، این پژوهشگران یک قطعه آلیاژ سدیم- پتاسیم را به درون آب انداختند و انفجار رخ داده را با دوربینی به سرعت 10000 فریم در ثانیه ( 400 بار آهسته‌تر از زمان واقعی ) مشاهده کردند . آن‌ها دریافتند که پس از 300 میکروثانیه ، ساختارهایی شاخه مانند از آلیاژ فلزی بیرون می‌زند و لایه بخار اطرافش را سوراخ می‌کند . این شاخه‌های ریز ، مساحت سطح آلیاژ را افزایش می‌دهند و باعث افزایش سرعت واکنش آن با آب می‌شوند . شیمی دانشی برای همه ی روزگاران

پژوهشگران ، دلیل ظهور این ساختارهای شاخه‌مانند را فقط و فقط « بار الکتریکی » می‌دانند . در این واکنش ، الکترون‌ها از فلز به آب منتقل می‌شوند و فلز بار الکتریکی مثبت پیدا می‌کند . پژوهشگران با استفاده از شبیه‌سازی دینامیک مولکولی نشان دادند که به دلیل ظهور این بار مثبت اضافی ، آلیاژ به طور باورنکردنی ناپایدار می‌شود ؛ لذا این بارهای هم نام ، یکدیگر را دفع می‌کنند و در پی آن ، یک « انفجار کولونی » رخ می‌دهد که باعث تولید شاخه‌های ریز می‌گردد . nasrollahi5.blogfa.com

منبع :                                       P E Mason et al, Nat. Chem., 2015, DOI: 10.1038/NCHEM.2161

در فیلم زیر ، واکنش آلیاژ سدیم- پتاسیم با آب را با سرعت 10000 فریم در ثانیه ببینید .

دانلود فیلم واکنش آلیاژ سدیم – پتاسیم با آب با سرعت بالا (16/2مگابایت)