氢是宇宙中最丰富的元素,金属氢并不罕见,但地球上并不具备产生金属氢的条件。因此,直到1935年,科学家才预言氢可以具有金属性质。当然,氢可以以金属的形式存在,只是把我们印象中的气态氢变成金属氢需要不同的环境。2017年2月,哈佛大学的这个金属氢团队宣布,“由于团队的操作失误,产生的金属氢样品消失了。

看科普节目,木星内部有大量液态金属氢,氢可以是金属吗?为什么

氢当然可以金属形态存在,只不过让我们印象中的气态氢变成金属氢,所需要的环境不一样罢了。这有点类似水在不同的温度和压力下也有固、液、气常见的三种形态,对于金属的定义,一般是以我们的感官来判断的,比如说要具有光泽,有延展性,具有良好的导电性导热性等这些物理性质。但这样来区分金属与非金属有些不太精确,在一定的环境温度和压力时,一些金属也会变成绝缘体,一些绝缘体也变成导体,

比如钢铁在极低的温度下,光泽就消失了,变的非常脆,也失去了导电性。所以,对于金属还是从微观的角度去看,一般来说,某一元素(单质)的原子间是通过金属键链接的就可以看做是金属,因为原子间只要有足够的能量(电离能),原子就能失去电子,特别是最外层的电子,形成自由电子,你可以想象成所有的金属阳离子是浸泡在一片电子海洋中,而我们看到的很多金属性质,都是和这些电子和金属键有关的,比如,金属具有金属光泽是因为那些自由电子在吸收了可见光后,自己“留下”一部分能量,再把大都不同波长的光子发射回来,这就是金属光泽。

而金属的延展性是金属键并没有把金属原子固定住,原子之间可以进行相对滑动而不会破坏整个金属结构,其实,在天体物理学家眼中,所有元素都可以看做为金属,包括氢,因为如果给氢原子施加足够大的压力,氢原子上的那个电子就能克服其原子核的吸引力而跑到相邻的原子上了,这就让电子有了“流动性”,氢也就具有了导电性——于是科学家称之为金属氢。

氢是宇宙中最丰富的元素,金属氢也不算稀有,但在地球上没有产生金属氢的条件,所以,直到1935年,科学家才预测到氢可以有着金属的性质,但是,由于当时的实验设备不够先进,所以尽管做了许多试验,仍然无法制造出金属氢。直到2016年10月,两个哈佛大学的物理学家宣称制造出了金属氢,但遭到了一些科学家的质疑,其中也有咱们的中科院,合肥研究所按其方法重复了实验,结果是没有得到金属氢,

说句题外话,实验的可重复性是检验科学研究成果的一项重要指标。下图是哈佛团队发布的金属氢照片:在2017年2月,哈佛大学这个金属氢团队宣布,“由于团队操作失误,制造出的那个金属氢样本消失了,”好吧,人家是不是真的造出来咱先不去管了,在2019年12月,中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所极端环境量子物质中心团队宣布,在极端高温高压条件下成功获得了金属态氢和氘。

此成果已发表在国际重要学术期刊《先进科学》,金属氢为什么这么吸引人,因为优点很多,金属氢是一种高密度高储能的材料,而且是一种常温超导体,如果能够工业化制备,将在电子,材料,能源等领域掀起革命性的变话。只不过现在距离这个目标还有很长距离要走,也许可控核聚变离我们更近一些,金属氢虽然在地球上很难弄出来,但在宇宙中,特别是一些气体行星系统中还是普遍存在的,因为在那些巨大的气态行星内部有着足够高的压力与温度,特别是木星,作为太阳系行星的“老大”,如果你能进入到木星内部13000英里的深处,这里的压力达到了200万个大气压,温度超过6000K,这时这你就会发现周围的氢分子在高温高压下被迫靠近在一起,原子间的电子断裂,形成液态的金属氢。

“金属氢”终于被制造出来了吗?

2017年初,哈佛大学研究人员在《科学》杂志上发表文章称,金属氢在高压低温下的发现在科学界引起轰动。如果这是真的,那么他们无疑会获得诺贝尔奖。氢是传说中的物质,其元素与非金属不同。金属一般是导电的,但有金属光泽,常温下基本是固体(只有水银是液体);非金属一般是绝缘体,只有少数属于导体(如碳)和半导体(硅)。


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