科学家在陆地条件下创造出了金属水“黄金凝滴”

科学家们假设这可能发生在大型行星的核心，那里的高压将水分子压缩到它们的电子层开始重叠的程度。目前，在地球上产生这种压力则超出了人类的能力，因此假定在可预见的未来，在陆地条件下制备金属水仍是一个难以实现的目标。然而由布拉格有机化学和生物化学研究所(IOCB)的Pavel Jungwirth领导的一个国际研究小组开发了一种新方法，他们成功地在陆地条件下能够持续几秒钟生成金属水。他们的论文最近发表在《自然》上。

利用巨大的压力从水中提炼金属的想法并不新鲜。原则上，水分子应该可以压缩到一定程度进而使它们的电子层开始重叠并形成一个类似于金属材料中的传导带。在大型行星的内核中可以找到所需的50Mbar（即约是地球表面的5000万倍）的压力，但我们在地球上的条件下尚不能达到这一压力。

电子溶解

最近，Jungwirth的团队跟南加州大学、Fritz Haber研究所及其他研究所的研究人员合作开发了一种方法，这种方法可以使他们能够在无需高压条件制备出金属水。该方法建立在早期Pavel Jungwirth小组对碱金属在水和液氨中的行为的研究之上。受碱金属-液态氨溶液（高浓度时表现得像金属）工作的启发，研究人员决定尝试创造一个传导带，不是通过压缩水分子而是通过大量溶解从碱金属中释放的电子。然而在这样做的过程中，他们必须克服一个基本的障碍：碱金属一接触到水就会立即爆炸。

“往水中扔钠是学校里最受欢迎的实验之一，YouTube上也有很多视频。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爆炸，进而摧毁你的仪器，”Jungwirth说道，“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。”

金属水“黄金凝滴”

研究人员在一个真空室中将一滴钠钾合金暴露在少量水蒸气中，水蒸气开始在其表面凝结。从碱金属中释放出来的电子溶解在表面的水层中，其速度快于导致爆炸的化学反应。它们有足够的数量来克服形成传导带的临界极限从而产生金属水溶液，其中除了电子还包含溶解的碱阳离子和化学形成的氢氧根和氢。

Jungwirth表示：“多亏了这一点，我们得以创造出一层薄薄的金色金属水溶液，它能持续几秒钟，这足以让我们不仅能用肉眼看到它还能用光谱仪测量它。我们或多或少是在我们布拉格研究所的一个小实验室里临时组装了必要的设备，那里也是第一批实验发生的地方。然后，我们利用柏林同步加速器上的X射线光电子能谱获得了金属水存在的关键证据。”

布拉格IOCB的研究人员及其同事的研究不仅表明金属水可以在陆地条件下制备，而且还提供了跟其美丽金色金属光泽相关的光谱特性的详细表征。