“点石成金”,如何做到的呢?
2021-01-16
大众科学 2021年11期
纯水无疑是几乎完美的绝缘体——可以说,在我们的印象中,水是与导电的金属“绝缘”的。但事实上,包括水在内,很多物体在足够大的压力条件下,都可以转化成导体,从而呈现特殊的金属性质——在高压下,原子或分子被挤压并共用电子,这些自由移动的电子就让绝缘材料拥有了导电性。
但问题是,这个转变过程需要的压力非常高。对于纯水而言,需要在4800万个大气压下,它们才有可能转化为导体。的确,这样的极端压力可以存在于大质量行星的内部。例如,科学家预测,在太阳系行星中,只有木星内部的压力足以让水金属化。但在地球的实验室里,如此高的压力显然是无法企及的。根据近期的研究结果,目前最高的实验压力也只能使纯水呈现超离子态,具备质子导电性;但不能呈现出具备电子导电性的金属态。
不过,就在近期发表于《自然》杂志的一项研究中,一支国际合作团队另辟蹊径,他们绕开了高压条件,首次在实验室里使原本绝缘的纯水转变成金属。
在纯水中,水分子由氢键连接,因此其价电子稳定,不易移动。为了产生能移动的自由电子,研究团队想到了一个方案——向碱金属“借”电子。
我们都知道,由锂、钠、钾、铷、铯和钫组成的碱金属家族很容易丢失最外层唯一的一个电子。如果大量来自碱金属元素外层的电子混入水分子中,这些可移动的电子就会形成导带,从而使水分子具有导电性。
这个方案听起来并不复杂,但要实现这一点,首先要解决的就是碱金属遇水爆炸的问题。……
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