“点水成金”:科学家将纯水转化为金属


 “点水成金”:科学家将纯水转化为金属
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 “点水成金”:科学家将纯水转化为金属
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事实上 , 纯水几乎是完美的绝缘体 。
我们都知道 , 自然界中的水可以导电 , 但那是因为其中的杂质 , 这些杂质溶解成自由离子 , 允许电流流动 。 而纯净的水 , 只有在极高的压力下才会变成“金属” —— 电子导电 , 但这超出了我们目前在实验室中产生的能力 。
但是 , 一组科学研究人员首次证明了 , 在纯水中引起这种金属性的 , 不仅仅是高压 。
通过将纯水与共享电子的碱金属(在这种情况下是钠和钾的合金)接触 , 可以添加自由移动的带电粒子 , 将水变成金属 。 由此产生的电导率虽然仅持续了几秒钟 , 但这是通过直接研究来了解水的这一阶段迈出的重要一步 。
德国亥姆霍兹研究所的物理学家罗伯特·塞德尔说:“你可以用肉眼看到金属水的相变!银色的钠钾液滴覆盖着金色的光芒 , 非常令人印象深刻 。 ”
【|“点水成金”:科学家将纯水转化为金属】
上图:该实验的一段视频显示 , 水滴表面的水在几秒钟内变成了闪亮的金属 。
在足够高的压力下 , 几乎任何材料理论上都可以导电 。 这个想法是 , 如果你把原子挤得足够紧 , 外层电子的轨道就会开始重叠 , 让它们四处移动 。 对于水来说 , 这种压力约为 48 兆巴, 约为(略低于)地球海平面大气压的 4800 万倍 。
虽然 , 在实验室中已经产生了超过这个值的压力 , 但这样的实验并不适合研究金属水 。 因此 , 由捷克科学院的有机化学家帕维尔·荣格沃斯(Pavel Jungwirth)领导的一个研究小组转向了碱金属 。
这些碱金属物质很容易释放它们的外层电子 , 这意味着它们可以在没有高压的情况下 , 诱导出高压纯水的电子共享特性 。 但也存在这一个突出的问题:碱金属与液态水会发生强烈的反应 , 甚至到了发生爆炸性的程度 。
上图:金属水形成的一段时间 , 首先从钠钾合金的液滴中形成 , 然后随着电子和金属阳离子移动到表面的水中而变成金色 。
幸运的是 , 研究小组找到了一个非常巧妙的方法来解决这个问题 。 如果不是把金属加到水里 , 而是把水加到金属里会怎么样呢?
在真空室中 , 研究小组首先从喷嘴挤出一小块钠钾合金 , 这种合金在室温下是液态的 , 然后非常小心地使用气相沉积的方法添加了一层薄薄的纯水 。 接触时 , 电子和金属阳离子(带正电荷的离子)会从合金流入水中 。
这不仅使水散发出金色的光芒 , 还使水具有了导电性 —— 就像我们在高压下看到的金属纯水一样 。
上图:钠和钾液滴中的电子扩散到一层薄薄的水上 , 将水变成金色 , 并赋予其金属性质 。
研究人员使用光学反射光谱和同步加速器 X 射线光电子光谱证实了这一点 。这两种特性(金色光泽和导电带)占据了两个不同的频率范围 , 这使得它们都能被清楚地识别出来 。
除了让我们能更好地了解地球上的这种相变之外 , 这项研究还可以让我们仔细研究大型行星内部的极端高压条件 。
例如 , 在太阳系的冰行星海王星和天王星中 , 液态金属氢被认为是在旋转的 。  而且只有木星的压力被认为足够的高 , 可以使纯水金属化 。
能够复制太阳系行星巨人内部条件的前景 , 确实令人兴奋!
科学家表示:“我们的研究不仅表明 , 金属水确实可以在地球上产生 , 而且还表征了与其美丽的金色金属光泽相关的光谱特性 。 ”
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