如何将纯水转化为金属导体?

先说一个冷知识:纯水几乎是完美的绝缘体,是不导电

这好像和常识大不一样,在我们的认知中,水应该是能导电的,要不然也不会有人在雨后会触电。但是其实这两个认知并不矛盾,日常生活中接触到的水,都不是纯水,这些普通水中是含有大量的杂质,哪怕是纯净水里面都含有大量的杂质,这些溶解在水里的杂质携带的离子是能够导电的,哪怕是极少量的离子也能够导电。所以普通的水能导电,准确的说法应该是,水里溶解的杂质离子能导电。

如何将纯水转化为金属导体?

那么纯水为啥就不能导电呢?这是因为纯水中缺乏带电的离子,在纯水中,大约10亿个水分子中,只有2个水分子能够生成氢离子和氢氧根离子,所以在纯水中,几乎是不存在自由离子,自然也就无法导电了。

如果想要纯水导电,就需要对纯水施加极大的压力,这个压力相当于地球大气压的4800万倍,接近木星核心压力的一半。

其实在极高压力下,理论上任何材料都可以导电(包括一些绝缘体),这是因为给材料施加很大压力的时候,材料原子之间的间隙就会被压缩,当压缩到一定程度的时候,原子外层电子的轨道就会出现相互重叠,这些电子就会变成自由电子四处移动,从而使得材料能够导电。

如何将纯水转化为金属导体?

所以将纯水转变成能够导电的金属水,也只能通过这种方法。但是面临一个问题,就是在实验室中无法实现这么高的压力。虽然说科学家在实验室中创造的最高压力达到了地球大气压的4.5亿倍,但是这种超强压力并不是适合用来研究金属纯水。

现在科学家打算换一种思路来把纯水变成“金属”。那就是利用纯水和碱金属(一般是钠和钾的合金)会共享电子的特性,从而让纯水中具有能够自由移动的自由电子,这样就能够将纯水变成能够导电的“金属水”。在没有高压的情况下也能诱导纯水的电子共享特性。

但是到这里我们还要面临一个问题:碱金属和液态水接触会产生剧烈反应甚至会发生爆炸。

为了解决这个问题,科学家想出了一个方法:不是将碱金属放入到水中,而是将水加入到碱金属中。

在真空室中,科学家从喷嘴中挤出一小团钠钾合金,这种合金在室温下为液体,然后使用气相沉积法非常小心的为合金添加一层纯水薄膜。

两者接触以后,电子和金属阳离子(带正电的离子)从合金流入纯水中。这不仅会让纯水具有金色金属光泽,而且让纯水具有了导电性,就和高压条件下的金属水一样的特性。

如何将纯水转化为金属导体?

科学家使用光学反射光谱和同步加速器X射线光电子光谱研究分析了这种纯水的特性,发现实验符合预期,证实了这种纯水的两种特性——金色光泽和导电性。

这种纯水金属能够帮助我们了解到气态巨行星内部的极端高压条件对物质的影响,也能够对水的一些特性有更多的了解。

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