直到2016年10月,哈佛大學的兩位物理學家聲稱已經制造出金屬氫,但是遭到了包括我們中科院在內的一些科學家的質疑 。合肥研究所按照其方法重復實驗,結果是沒有得到金屬氫 。氫是宇宙中最豐富的元素,金屬氫并不罕見,但地球上并不具備產生金屬氫的條件 。因此,直到1935年,科學家才預言氫可以具有金屬性質 。
看科普節目,木星內部有大量液態金屬氫,氫可以是金屬嗎?為什么?
氫當然可以金屬形態存在,只不過讓我們印象中的氣態氫變成金屬氫,所需要的環境不一樣罷了 。這有點類似水在不同的溫度和壓力下也有固、液、氣常見的三種形態 。對于金屬的定義,一般是以我們的感官來判斷的,比如說要具有光澤,有延展性,具有良好的導電性導熱性等這些物理性質 。但這樣來區分金屬與非金屬有些不太精確,在一定的環境溫度和壓力時,一些金屬也會變成絕緣體,一些絕緣體也變成導體 。
比如鋼鐵在極低的溫度下,光澤就消失了,變的非常脆,也失去了導電性 。所以,對于金屬還是從微觀的角度去看,一般來說,某一元素(單質)的原子間是通過金屬鍵鏈接的就可以看做是金屬,因為原子間只要有足夠的能量(電離能),原子就能失去電子,特別是最外層的電子,形成自由電子 。你可以想象成所有的金屬陽離子是浸泡在一片電子海洋中,而我們看到的很多金屬性質,都是和這些電子和金屬鍵有關的,比如,金屬具有金屬光澤是因為那些自由電子在吸收了可見光后,自己“留下”一部分能量,再把大都不同波長的光子發射回來,這就是金屬光澤 。
而金屬的延展性是金屬鍵并沒有把金屬原子固定住,原子之間可以進行相對滑動而不會破壞整個金屬結構 。其實,在天體物理學家眼中,所有元素都可以看做為金屬,包括氫,因為如果給氫原子施加足夠大的壓力,氫原子上的那個電子就能克服其原子核的吸引力而跑到相鄰的原子上了,這就讓電子有了“流動性”,氫也就具有了導電性——于是科學家稱之為金屬氫 。
氫是宇宙中最豐富的元素,金屬氫也不算稀有,但在地球上沒有產生金屬氫的條件,所以,直到1935年,科學家才預測到氫可以有著金屬的性質 。但是,由于當時的實驗設備不夠先進,所以盡管做了許多試驗,仍然無法制造出金屬氫 。直到2016年10月,兩個哈佛大學的物理學家宣稱制造出了金屬氫,但遭到了一些科學家的質疑,其中也有咱們的中科院,合肥研究所按其方法重復了實驗,結果是沒有得到金屬氫 。
說句題外話,實驗的可重復性是檢驗科學研究成果的一項重要指標 。下圖是哈佛團隊發布的金屬氫照片:在2017年2月,哈佛大學這個金屬氫團隊宣布,“由于團隊操作失誤,制造出的那個金屬氫樣本消失了 ?!焙冒?,人家是不是真的造出來咱先不去管了,在2019年12月,中國科學院合肥物質科學研究院固體物理研究所極端環境量子物質中心團隊宣布,在極端高溫高壓條件下成功獲得了金屬態氫和氘 。
【液體金屬哪里有賣,氫可以是金屬嗎】這一成果已發表在國際重要學術期刊《高級科學》上 。氫氣為什么這么有吸引力?它有很多優點 。金屬氫是一種高密度高儲能的材料,在室溫下也是一種超導體 。如果能工業化制備,將會給電子、材料和能源領域帶來革命性的變化 。只是離這個目標還有一段距離,也許可控核聚變離我們更近 。雖然很難把氫從地球上弄出來,但它在宇宙中還是很常見的,尤其是在一些氣體行星系統中,因為那些巨大的氣體行星內部有足夠高的壓力和溫度,尤其是木星作為太陽系行星的“老大” 。如果你能進入木星內部13000英里的深度,這里的壓力達到200萬個大氣壓,溫度超過6000K,那么你會發現周圍的氫分子處于高溫高壓之下 。
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