绝缘材料原则上可以通过施加压力而制成金属。在纯水的情况下,估计需要48mbar的压力(大约是大气压力的4800万倍),这超出了目前的实验能力,可能只存在于大型行星或恒星的内部。在一项新的研究中,来自捷克科学院有机化学与生物化学研究所和其他地方的化学家发现,可以通过在水与碱金属反应时大量掺杂电子来制备金属水溶液。
捷克科学院有机化学与生物化学研究所研究员、资深作家帕维尔·荣格温斯教授说:“把钠扔进水里是最受欢迎的学校实验之一,也是许多YouTube视频的主题。”
“众所周知,当你把一大块钠扔进水里,你得到的不是金属水,而是立即发生的、实质性的爆炸,毁掉你的设备。”
“为了遏制这种强烈的,出于实验室目的,而不是适得其反的化学反应,我们采取了相反的方法;我们不是把碱金属加到水中,而是把水加到金属中。”
Jungwirth教授和他来自捷克、美国、德国、埃及和日本的同事们将一滴钠钾(NaK)合金暴露在少量水蒸气中,水蒸气开始在合金表面凝结。
他们解释说:“我们的实验是用一种NaK合金实现的,这种合金在室温下是液态的,从微喷嘴以每10秒一滴的速度滴入真空室,真空室的背景水蒸气压力可调至毫巴的一小部分。”
由于真空室中没有水蒸气,NaK滴液只有银色的金属光泽。可见颜色的缺乏是由于碱金属既不具有d电子,也不具有f电子,而这些电子受光学激发。”
“当真空室的水蒸气压力增加到0.0001毫巴时,足够多的水吸附到新形成的NaK的表面,以至于它们的表层几乎立即变成金色。”
金色可以持续5秒,之后,随着水的继续吸附,颜色又会逐渐变成青铜色,持续2-3秒。
“最终,水滴失去其金属光泽,变成紫色/蓝色,最后变成白色——后者是由于金属和水反应形成碱氢氧化物层的产物。”
“整个过程持续大约10秒,在此期间,液滴生长,最终达到直径5毫米的尺寸。然后,由于重力的作用,它从毛细管的末端脱落,随后立即开始形成一个新的液滴。”
研究人员利用x射线光电子能谱证实了金属水的存在。
“我们的研究不仅表明,金属水确实可以在地球上产生,而且还描述了与它美丽的金色金属光泽相关的光谱特性,”合著者罗伯特·塞德尔博士说,他是柏林亥姆霍兹中心für物质与能源研究所和柏林Humboldt-Universität zu化学系的研究员。
一个纸描述这项研究的文章发表在2021年7月28日的该杂志上自然.
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体育梅森等.2021.金色金属水溶液的光谱证据。自然595年,673 - 676;doi: 10.1038 / s41586 - 021 - 03646 - 5