出品：科普中國

作者：石霧遙

你知道嗎，木星的內(nèi)部可能存在著大量的液態(tài)金屬氫。

(資料圖片僅供參考)

木星

（圖片來源：Veer圖庫）

可是說起“氫”，大家的第一想法一定是它是種非金屬元素，大家不免疑問：難道“氫”也有金屬態(tài)？難道我們高中學習的知識出現(xiàn)了問題？

下面就讓我們一探究竟。

大家好，我叫氫，氫氦鋰鈹硼的氫

作為元素周期表的排頭兵，氫是最輕的元素，原子質(zhì)量只有1.00794，用化學符號H來表示。氫原子的組成非常簡單，只有一個原子核和一個核外電子。雖然組成簡單，但是它的作用可不一般。氫是宇宙中含量最多的元素，占到原子總質(zhì)量約75%。

氫元素

（圖片來源：Veer圖庫）

在我們的生活中也時刻有著氫的身影。

小朋友玩耍的氫氣球中填充的就是氫元素的單質(zhì)氫氣（H2），由于氫氣的密度低，質(zhì)量輕，因此靠浮力便可輕松地漂浮在空中，但是為了防止氫氣球爆炸，一定要注意要遠離火及高溫的條件。除此之外，在許多化合物中都存在氫元素。比如維持我們生命活動的水（H2O）、淀粉（（C6H10O5）n）、葡萄糖（C6H12O6）等中都有氫。

在標準的狀況下，氫確實是一種非金屬元素，所以我們在高中化學中學到的知識也沒問題。

但是在一定的條件下，金屬氫也確實存在，讓我們一起來看看吧！

氫氣球

（圖片來源：Veer圖庫）

金屬氫是什么？

在元素周期表中，氫與金屬鋰、鈉、鉀、銣、銫為同一主族，因此當氫具有同主族金屬元素的性質(zhì)時，就可以稱之為金屬氫。

元素周期表

（圖片來源：Veer圖庫）

標準狀態(tài)下，兩個氫原子靠共用電子對相互連接形成氫分子。當氫分子所處的環(huán)境壓力逐漸升高時，氫會逐漸被壓縮，由氣態(tài)轉換為液態(tài)，最后到固態(tài)。

當所處的環(huán)境變?yōu)闃O端的超高壓條件時，氫分子之間的化學鍵會斷裂，形成兩個單獨的氫原子，氫原子周圍會有電子自由運動，即這種極端的環(huán)境將分子間的公用電子從束縛中解救出來了，氫便可通過自由電子發(fā)生導電等一系列金屬的行為，即徹底地變成了金屬氫。

金屬氫是由氫原子組成，屬于簡并態(tài)物質(zhì)。由于氫原子之間的距離在超高壓的條件下被極大地壓縮，因此金屬氫的密度要比傳統(tǒng)的氫分子密度大至少7倍。

研究表明，由于木星是太陽系中的超大氣態(tài)行星，中心的壓力可達到地球大氣壓的上百萬倍，溫度也可以達到上萬攝氏度，因此金屬氫存在于木星中。

木星

（圖片來源：Veer圖庫）

我們可以制備金屬氫么？

根據(jù)金屬氫的制備條件得知，要想在我們生活的地球上制備得到金屬氫是難上加難的，但是卻被科學家們實現(xiàn)了。

要想得到金屬氫，營造超高壓的環(huán)境是必要的條件。早在二十世紀八十年代，科學家就發(fā)現(xiàn)在金剛石對頂砧裝置上可以產(chǎn)生超高的靜態(tài)壓力。因此，他們嘗試進行實驗，在1989年發(fā)現(xiàn)，氫在此條件下，可以由透明態(tài)變黑，但是是否得到了金屬氫還有待進一步證實。

近期，我國的科研工作者以金剛石對頂砧設備為基礎，進一步結合了脈沖激光加熱技術，最終營造了一種極端的超高壓高溫環(huán)境，實現(xiàn)了金屬氫的成功制備。

金剛石對頂砧裝置

（圖片來源：參考文獻3）

金屬氫的用途

1.清潔能源

由于金屬氫與氧氣反應后得到的是水，因此可以作為一種清潔能源。同時，金屬氫與其他的重金屬相比密度較低，另一個重要的特征為金屬氫極有可能是一種超導材料。因此，用金屬氫制作大型的發(fā)電機，重量可減少9成，且輸電的損失可減少至1%以下，電輸出功率可至少提高幾十倍。

發(fā)電

（圖片來源：Veer圖庫）

2.炸藥與航空推進劑

金屬氫爆炸的威力可達到目前常用的TNT炸藥的20倍之上。由此可見，金屬氫若能被大批量制備，必然會是完美的航空推進劑。同時，也會在國防領域大有所為。

火箭發(fā)射

（圖片來源：Veer圖庫）

金屬氫在產(chǎn)能、輸電、環(huán)保等方面都有著極大的使用優(yōu)勢。由此可見，金屬氫在地球上的大批量制備必然會是突破性的成就，而我們也相信科技與創(chuàng)造終能改善人類的生活！

參考文獻：

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[2] Silvera, IF; Dias, R. Phases of the hydrogen isotopes under pressure: metallic hydrogen[J]. ADVANCES IN PHYSICS-X, 2021, 6: 1961607.

[3] 陳良辰. 金屬氫研究新進展[J]. 物理, 2004, 33(4):5.

[4] 周茂堂. 金屬氫研究進展[J]. 材料研究學報, 1994, 8(004):289-296.

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