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金属氢

金属氢是液态或固态氢在上百万大气压的高压下变成的导电体。导电性类似于金属,故称金属氢。 金属氢是一种高密度、高储能材料,之前的预测中表明,金属氢是一种室温超导体。金属氢内储藏着巨大的能量,比普通TNT炸药大30─40倍。2017年1月26日, 《科学》杂志报道哈佛大学实验室成功制造出金属氢。2017年2月22日,由于操作失误,这块地球上唯一的金属氢样本消失了。

简介

氢是人们最熟悉的化学元素。它在常温下是一种气体,在低温下可以成为液体,在温度降到零下259℃时即为固体。如果对固态氢施加几百万个大气压的高压,就可能成为金属氢。金属氢的出现是当代超高压技术创造的一项奇迹,它是高压物理研究领域中一项十分活跃的课题。氢在金属状态下,氢分子将分裂成单个氢原子,并使电子能够自由运动。在金属氢中,氢分子键断裂,分子内受束缚的电子被挤压成公有电子,这种电子的自由运动,使金属氢具有了导电的特性。因此,把氢制成金属,关键就是把电子从原子的束缚下解放出来,把共价键转变为金属键。

评价

在1935年,英国物理学家贝纳尔就预言,在一定的高压下,任何绝缘体都能变成导电的金属,只是,不同的材料转变成导电金属所需的压力不同而已,有的材料,如磷,已能获得导电体,但稳定的金属氢样品始终没有得到。在苏联、日本、美国的几个实验室中,只在上百万大气压的超高压下得到了金属氢,不过,一旦恢复常压,氢又回复到初始状态。判断得到了金属氢,依据是当处于高压下时,它的电阻从10^8欧姆变为10^2欧姆(苏联人的数据),或从(1.26×10^12)欧姆降到10^2欧姆(日本人的数据)。 从20世纪40年代开始,美、英等国就投入了大量的人力、物力研制金属氢。世界上的高压实验室已达100多个。我国已研制成功了能产生100万大气压的压力机。我国研制成功了“分离球体式多级多活塞组合装置”能产生200万个大气压。中国等几个国家宣布已在实验室内研制成功了金属氢,这是人类向金属氢迈出了可喜的一步。而要使金属氢大规模投入工业生产,还有相当大的困难。但它已有力地推动和促进了超高压技术、超低温技术、超导技术、空间技术、激光、原子能等20多门科学技术向着新的深度发展。可以预言,大规模制造金属氢的时代已为期不远了。英国爱丁堡大学科学家利用钻石对顶砧制造出某种极端高压状态,从而生成“第五状态氢”,即氢的固体金属状态。这是一种新的物质形态,这种状态的氢通常存在于大型行星或太阳内核之中,分子分离成单原子,电子的行为特征像金属电子一样。早在80多年前,这种状态的氢首次在理论中被提出。从40多年前开始,科学家们一直在努力尝试再造这种状态的氢,但均未能成功。此次英国爱丁堡大学科学家利用钻石对顶砧对氢实施压缩到前所未有的高压状态,从而证实了这种罕见的“金属态氢”的存在。“金属态氢”状态不稳,科学家此前也从未见过“金属态氢”。 [1]

参考文献

  1. 金属氢百度