更新时间:2023-07-29 14:51
金属氢是一种简并态物质,是双原子分子H2的同素异形体原子核(即质子)组成的晶体结构,其原子间隔小于玻尔半径,与电子波长长度相当(参见德布罗意波长)。电子脱离了分子轨道,表现为一般金属中的传导电子。而在液态氢中,质子没有晶格次序,质子和电子组成液态的系统。
liquid metallic hydrogen
氢在高压挤压下,会变成有良好导电性质的液体。根据理论推测,土星和木星等类木行星的内部,就有液态金属氢。
虽然氢元素位于元素周期表碱金属列头,但氢气在常态下并不是碱金属。在1935年,物理学家尤金·维格纳和Hillard Bell Huntington预测,在250,000个大气压(约25GPa)下,氢原子失去对电子的束缚能力,呈现出金属性质。此后的实验表明,对压力的最初假设不足。理论计算表明使氢氧金属化需要更高的压力,但是仍然是可通过实验可得到的。
爱丁堡大学极限和科学中心[7]教授Malcolm McMahon[8]指出,他们正在研究产生5,000,000大气压的技术(大于地球中心的压力),希望能产生金属氢。
质子质量是He的四分之一大。在常压下,由于高零点能,质子在绝对零点附近也呈现液态。同样的,质子在密集的状态下,零点能也很高,在高压缩状态下,有序能会降低。压缩氢的最高熔点还处于争论之中。
世界各国正通过多种途径来产生超高压制取金属氢。比较成熟的有两种方法,一种叫动态压缩法,即是从强磁场中采用快速冲击压缩,获取高压来制取金属氢。另一种叫静态压缩法,即产生100~200万大气压的静态高压,压缩液氢来制造金属氢。
金属氢被认为会存在于一些大质量的行星内部,如木星,土星,和一些新发现的太阳系外行星等,由于行星内部实际温度要高于以前的理论预测,因此,金属氢可能比预计的更多和更靠近行星表面。
有可能产生大量的金属氢的实际用途。有理论称亚稳态金属氢(简称MSMH)在压力释放之后,可能不会立即恢复成普通氢气。
MSMH是个有效而且干净的能源,最终产物只有水。MSMH燃烧时,会比普通氢气更剧烈,将会释放九倍于普通氢,五倍于航天飞机燃料(液态H2/O2)的效果。 但是,劳伦斯利弗莫尔的实验过于简单,还不能确定亚稳态的金属氢是否存在。
液态金属氢是金属氢在高压环境下产生的。