近期发表于《自然》杂志的一项研究中，一支国际合作团队首次在实验室里使原本绝缘的纯水转变成金属。
 
　　首先我们需要明确一下水能导电和纯水绝缘的原理和概念。
 
　　通常来说，我们会有水能导电的常识，但是在科学意义上，水是绝缘体。能够导电的水，是是日常生活中我们接触的水，如自来水和江河湖水等，这些水里有大量的离子和杂质，所以电阻低，会表现展现导电性。而水本身电离程度很低，几乎没有可自由移动的正负离子，因此并不导电。
 
　　换句话说，越是纯净的水，越不导电。如果一定要水导电，则需要对水施加4800万个大气压，它们才有可能转化为导体。但这是我们目前实验室无法达成的实验条件。
 
　　研究团队另辟蹊径，绕开了高压条件，想到了向碱金属“借”电子的奇妙方案。
 
　　碱金属是指在元素周期表中Ⅰ[**]族除氢(H)外的六个金属元素，即锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、铷(Rb)、铯(Cs)、钫(Fr)，他们均有一个属于s轨道的最外层电子，极易丢失。如果大量来自碱金属元素外层的电子混入水分子中，这些可移动的电子就会形成导带，从而使水分子具有导电性。
 
　　当然，我们并不能直接将碱金属放入水中，否则就会产生剧烈化学反应。研究团队的解决思路是将少量水分子沉积在碱金属表面上，尽可能减少碱金属与水的化学反应。研究团队将装有钠钾合金液体的注射器放在一个真空容器中，在注射器的针尖处，钠钾合金液滴逐渐长大，最终滴落。在液滴长大的同时，研究者通过另一通道向容器中注入一定压力的水蒸气，其在不断长大的液滴表面凝结、沉积，形成薄薄的吸附层。这时，吸附层的水分子就能“偷”走碱金属的电子——换句话说，碱金属外层电子和金属离子向水分子内迁移，这些自由电子就能在水分子内形成导带。当容器内的水蒸气压力达到10-4 mbar时，水分子开始在合金液滴表面吸附，此时，液滴表面会立刻变成具有金属光泽的金色并维持大约5秒。
 
　　研究团队借助谱学手段证实水分子吸附层的金属性。在反射光谱中，研究人员观察到了对应金属特征的吸收峰(400-600 nm)；而在同步辐射X射线光电子能谱中，无论是等离子体振动的能量(2.7 eV)还是导带(1.1 eV禁带宽度)，都呈现出只有金属材料才具备的特征。这些测量结果共同说明，在这项实验中，水的确转变成了金属。
 
　　这项实验突破了我们对水的认知，也许对将来制造液体金属会有一定的借鉴意义。
 
　　参考论文
 
　　[**]rticle丨Published: 28 July 2021
 
　　Spectroscopic evidence for a gold-coloured metallic water solution
 
　　Philip E. Mason, H. Christian Schewe, Tillmann Buttersack, Vojtech Kostal, Marco Vitek, Ryan S. McMullen, Hebatallah [**]li, Florian Trinter, Chin Lee, Daniel M. Neumark, Stephan Thürmer, Robert Seidel, Bernd Winter, Stephen E. Bradforth & Pavel Jungwirth
 
　　Nature volume 595, pages 673–676 (2021)