Voy a intentar una respuesta a esta pregunta ya que vi este video hace un tiempo y lo hizo un poco de lectura en el tiempo y creo entender el panorama. El problema es que estos electrones solvatados son muy complicadas las cosas, y no se prestan a las formas tradicionales que los químicos gustaría pensar acerca de las cosas. Por esa razón, de que hay un montón de literatura que viene de los físicos que es muy complicado, pero sin embargo valiosa. Además, los electrones solvatados se muestran en más que sólo esta bastante inusual metal-amoniaco líquido de la solución. Por ejemplo, un artículo reciente en la Naturaleza química por Sieferman et. al. [1] mostró que no son transitorios solvatados los electrones en la superficie del agua, lo que puede tener implicaciones importantes para las naturales reacciones de transferencia de electrones. Así, la comprensión de estos sistemas es realmente muy importante.
El Color Azul:
Con el fin de obtener en el color azul profundo que se ve en esta sodio, solución de amoniaco, debemos entender qué es lo que está absorbiendo (de color rojizo) la luz visible y por lo tanto conduce a la transmisión de una gran cantidad de luz azul.
Sucede que, a bajas concentraciones de sodio (voy a tratar de esto en un momento), los electrones solvatados existen en un estado asociado. Esto no es demasiado distinto al ordinario niveles de energía electrónica, excepto que no hay realmente una molécula para ser encontrado. Más bien, el electrón existe en un estado limitado en el cual se crea para sí mismo. Es decir, el electrón se polariza a los alrededores de solvente que se encuentra en un estado asociado. A veces la gente se refiere a este electrón como una "polaron". Una diferencia importante entre este y los niveles de energía en una molécula es que las excitaciones electrónicas en general de un estado unida a otro estado asociado. En el caso de un electrón solvatado, sin embargo, las transiciones de un estado asociado a un continuo estado.
Obviamente es una pregunta que sería bueno responder es ¿por qué es tan profundo solución de azul? Así, en este tipo de preguntas siempre es difícil de abordar debido a que el color de las cosas es más o menos un accidente. El hecho de que es azul solo le dice que el electrón es relativamente débil obligado porque es excitado por la luz rojiza.
Para más detalles sobre la envolvente del continuum de la transición, véase Aulich del papel [2], que utiliza la foto-emisión de electrones para el estudio de los electrones solvatados como una función de la concentración y la energía del fotón. Para un tratamiento teórico de la enlazados a los estados a diluir las concentraciones de los metales, ver Jortner del papel [3].
La Transición de una estatua de Bronce de Color:
Una razón por la que la gente ha estado muy interesado en este sistema es porque de esta transición que tiene lugar cuando la concentración de metal aumenta. Permítanme en primer lugar trataremos de dar algunos intuición de por qué esta transición tiene lugar en todos. En primer lugar, va fuera de nuestro modelo en el que los electrones de polarizar el disolvente y se encuentran en un nivel de baja energía, unido a estado, es de esperar que a medida que más electrones se añaden a la solución (es decir, a medida que más sodio que se añade), estas cavidades que los electrones ocupan se convertirá en más y más cerca el uno del otro. Esto significa que las interacciones electrón-electrón llegar a ser bastante importante. Esto significa dos cosas: en primer lugar, tenemos que empezar a preocuparse por la satisfacción de exclusión de Pauli, y en segundo lugar, tenemos que tener la preocupación de que en algún punto de la repulsión electrostática será mayor que la energía de enlace de este electrón.
Estos dos puntos han sido estudiados por algunos físicos. Alavi y Frenkel del papel [4] desarrolla un modelo y, a continuación, realiza simulaciones en el ideal de fermiones (sinceramente, no sé lo que hace un fermión ideal y no entiendo a este papel), demuestra que la baja concentración de obligado estados son muy inestables como la concentración de electrones aumenta. Por lo tanto, algunos de transición debe llevarse a cabo.
El mejor papel en la teoría de que esta transición se puede encontrar aquí [5]. La razón de esta transición es lo interesante es que es un "metal no metal de transición". Recuerde, cuando usted se introdujeron por primera vez a los metales y a la característica descripción es que son un "mar de electrones"? Es decir, los electrones son libres para moverse, y esto conduce a la alta conductividad y otras propiedades observables, uno de los cuales es que se absorben y reflejan casi todas las longitudes de onda de la luz, lo que conduce a que el color plateado de la mayoría de los metales.
Bueno, exactamente el mismo fenómeno que se observa aquí, pero es muy peculiar, porque todo esto está ocurriendo en un líquido. Por ejemplo, Schroeder et. al. escribió un libro [6], el cual mide la conductividad de varios metal-soluciones de amoníaco como una función de la concentración del metal. Yo por desgracia no pudimos añadir la correspondiente figura, pero la conductividad básicamente aumenta linealmente con la concentración del metal hasta que llega a una meseta y no aumenta más.
Este aumento gradual en el que explica qué es lo que pasa cuando vemos una separación en dos fases. La explicación es similar a esto. No es mucho el espacio que permite la existencia de la envolvente de los estados descritos arriba porque estas obligado a los estados a ocupar una cavidad de volumen relativamente grande en el disolvente. Como más de metal que se añade, más electrones son libres en la solución, pero la solución ya está saturado con estos electrones. Por lo tanto, la electrostática y los efectos de exclusión llegado a ser tal que los electrones añadido sólo puede existir en una metálico estado. Esto es peculiar porque este metálicos estado está en la fase líquida y en realidad es bastante denso (he leído esto en alguna parte, pero no puede recordar la referencia... Se actualizará más adelante). Si uno sigue la adición de electrones, que siempre serán incorporados en el metálico estado debido a la envolvente de los estados están saturados. Finalmente, suficiente electrones están presentes que los efectos desestabilizadores debido a la presencia de otros electrones es lo suficientemente grande que no sea posible el estado unida puede existir y todo el sistema se convierte en metálico. De ahí la meseta en la conductividad de la parcela que he descrito anteriormente. En este punto, creo que el sodio deja que se disuelva y se queda como el viejo y simple de metal de sodio.
No tengo una buena explicación de por qué la fase metálica es específicamente de color bronce frente a plateado. Sospecho que esto es una muy sutil característica y sin duda sería dependiente de la temperatura. No la he descrito la dependencia de la temperatura de todo esto, pero hay muy pocos trabajos que abordan sólo en este punto, y parece ser bastante complicado.
También no sé por qué la fase metálica formas en la parte superior. Sospecho que esto puede ser un artefacto del experimento en el video. Es decir, es totalmente factible que los sólidos se hunden hasta el fondo si esto no se congele en el lado del tubo de ensayo. Yo podría estar equivocado acerca de que a pesar de.
Referencias:
- Siefermann, K. R., Liu, Y., Lugovoy, E., Enlace, O., Faubel, M., Buck, U., ... & Abel, B. (2010). Las energías de enlace, la vida y las implicaciones de las cargas a granel y de la interfaz de electrones solvatados en el agua. Naturaleza química, 2(4), 274-279. DOI
- Aulich, H., El Barón, B., Delahay, P., & Lugo, R. (1973). Espectroscopía de emisión por electrones solvatados en amoníaco líquido. La Revista de Química Física, 58(10), 4439-4443. DOI
- Jortner, J. (1959). Niveles de energía de los electrones enlazados en amoníaco líquido. La Revista de Química Física, 30(3), 839-846. DOI
- Alavi, A., & Frenkel, D. (1992). Gran canónica de simulaciones de solvatados ideal de fermiones. Las pruebas de la fase de separación. La Revista de química física, 97(12), 9249-9257. DOI
- Jortner, J., Cohen, M. H. (1976). Metal-no Metal de transición en metal-solución de amoníaco. Physical Review B, 13 (4), 1548-1568.
- Schroeder, R. L., Hernández, J. C., & Oertel, P. L. (1969). La conducción en Soluciones Concentradas de Varios Metales en Amoníaco Líquido. Physical Review, 178(1), 298. DOI
- Thompson, J. C. (1968). Metal-no Metal de transición en metal-soluciones de amoníaco. Comentarios de la física moderna, 40(4), 704.
- Schroeder, R. L., Hernández, J. C., & Oertel, P. L. (1969). La conducción en Soluciones Concentradas de Varios Metales en Amoníaco Líquido. Physical Review, 178(1), 298.
