水变成闪亮的金色金属

如果你不能像一个优秀的炼金术士那样把水变成金子，那么接下来最好的事情可能就是把水本身变成一种闪亮的金属材料。研究人员通过在共享电子的碱金属周围形成一层薄水层来实现这一壮举。水在金属状态下只停留了几秒钟，但实验不需要通常需要将非金属材料转化为导电金属所需的高压。合著者、布拉格捷克科学院物理化学家 Pavel Jungwirth 说，看到水呈现出金色的光芒是他职业生涯的一大亮点。该团队于 7 月 28 日在 Nature 1 上发表了他们的研究结果。“这是一个最重要的进步，”英国牛津大学的化学家 Peter Edwards 说。 “谁能想到……青铜，金属水？”理论上，如果承受足够的压力，大多数材料都能变成金属。原子或分子可以紧紧地挤在一起，以至于它们开始共享它们的外部电子，然后它们可以像在一块铜或铁中一样移动和导电。地球物理学家认为，海王星或天王星等大质量行星的中心含有金属状态的水，高压金属氢甚至可以成为超导体，能够在没有任何阻力的情况下导电。 Jungwirth 说，以这种方式将水转化为金属需要 1500 万个大气压，这是当前实验室技术无法达到的。但他怀疑水可以以另一种方式导电：通过从碱金属中借用电子。元素周期表第 1 族中的这些反应性元素（包括钠和钾）倾向于提供最外层的电子。去年，Jungwirth 和他的同事 Phil Mason（一位化学家也以在 YouTube 上制作科学视频而闻名）领导的一个团队在氨 2 中展示了类似的效果。 英国人知道氨在这种条件下会发光的事实爱德华兹指出，十九世纪初的化学家汉弗莱·戴维（Humphry Davy）。该团队想用水代替氨来尝试相同的方法，但面临一个挑战：碱金属与水混合时往往会发生爆炸性反应。解决方案是设计一种实验装置，可以显着减慢反应速度，使其不会爆炸。研究人员用钠和钾（一种在室温下为液体的混合物）填充注射器，然后将其放入真空室中。然后他们使用注射器形成金属混合物的液滴，并将它们暴露在少量水蒸气中。水凝结在每个液滴上，形成了十分之一微米厚的一层。然后，液滴中的电子与正金属离子一起迅速扩散到水中，几秒钟内，水层变成了金色。

柏林同步加速器的实验证实，金色反射产生了金属水的预期特征。 Jungwirth 说，避免爆炸的关键是找到一个时间窗口，在这个窗口中，电子的扩散速度比水和金属之间的反应速度快。 “他们已经成功地达到了准稳态，这样金属化的物理学就战胜了化学分解，”爱德华兹说。 “我们完全不确定我们会找到它，”Jungwirth 说。 “这太棒了，就像 [when] 你发现了一个新元素。” Jungwirth 说，这个实验是他日常工作中的一个令人耳目一新的休息，即在有机化学中运行计算机模拟，并提醒人们科学可以很有趣。 “这不是你可以获得补助金的事情，而是你可以在周末做的事情，”他说。这不是他第一次与梅森合作进行实际实验：2015 年，两位研究人员和他们的同事揭示了钠与水接触时发生爆炸的机制 3——他们在研究所的阳台上设置的一项实验，因为他们无法进入实验室。 “这让每个人都很生气，因为那里是人们吸烟的地方，”他回忆道。 “我们说：我们可以有爆炸的阳台吗？”