鈉和鉀遇水爆炸的真相

鈉和鉀遇水爆炸的真相

幾十年來，科學愛好者們一直熱衷于鈉和鉀遇水爆炸時能量釋放方式的研究。最近，歐洲的研究人員表明，長期以來被人們所接受的對爆炸過程的解釋是不完整的。

將堿金屬塊丟入水中引起爆炸是一個久負盛名的實驗，至今還有一些老師和許多化學刺激尋求者不斷進行實踐?；瘜W家們一直認為爆炸的原因是堿金屬遇水溶解，產生的大量熱量和電子被急劇釋放到水中。堿金屬溶解的同時還產生蒸汽，并生成氫氧根離子和可以燃燒的氫氣，這使爆炸過程顯得更加劇烈。

雖然研究人員一直困惑于爆炸過程為何能夠如此快速地發生，但他們意識到一點，反應初期產生的蒸汽和氫氣應該會在金屬表面形成一個緩沖層，阻礙金屬與水的接觸，從而阻止反應的進行。

為解開這一謎團，捷克共和國布拉格科學院的化學家Philip E. Mason，Pavel Jungwirth和同事以及德國不倫瑞克科技大學的同僚們，利用超高速攝影和計算方法對爆炸過程進行了研究。

多種因素可以阻止塊狀堿金屬與水接觸時發生爆炸，如溫度和樣品表面的清潔度。研究人員通過使用在室溫下保持液體狀態的鈉-鉀合金和包含標定刻度的注射器在內的液滴傳送系統消除了反應的不良影響因素。

在與水接觸的零點幾毫秒內，研究人員觀察到Na/K液滴形狀發生改變，其表面呈放射狀，無數尖峰伸向水中。分子動力學分析表明電子從尖峰到水中的瞬時轉移產生帶正電荷的堿金屬離子，離子之間相互排斥并導致所謂的庫倫爆炸。這一過程快速傳導并形成活性的金屬表面，從而觸發了整體的爆炸反應。

據介紹，研究人員已經弄清能夠使這一高度放熱反應發生爆炸而不是自我熄滅的許多關鍵環節。此外，高速攝影呈現的長金屬尖峰的快速形成以及界面庫倫爆炸的作用也非常令人興奮。

密西根州立大學化學系的名譽教授James L.Dye指出，自從Lord Rayleigh研究毛細射流在外界擾動下破斷成液滴的原理后，帶正電荷的液滴可在氣相中發生爆炸已廣為人知。他還認為看到或親自實踐論證該經典的任何人都會對反應機制的詳細圖解和研究所提供的直觀視覺效果感到震撼。