碱金属爆炸解释

捷克共和国的科学家们表示，将钠滴入水中并观察其爆炸背后的化学原理可能需要重新思考。他们表示，这种剧烈反应可能不是由之前认为的氢气点燃引发的，而是通过金属内部的大电荷不稳定性．

碱金属在水中爆炸一直是老师们向学生展示化学的挥发性力量的实用支柱，许多人解释这个过程是电子离开金属形成氢，然后点燃产生小爆炸。但帕维尔Jungwirth和他在捷克共和国科学院的同事们并不满意这一解释。

Jungwirth说:“爆炸行为有一个重要的条件，那就是你需要确保有效地混合反应物，比如火药。”“当(钠和水之间的)反应开始时，就会产生氢和蒸汽，这实际上是一个缓冲层，将反应物分开——所以反应应该是自灭的，不应该是爆炸性的。”

他接着说，如果你进行经典的高中示范，“它有时会爆炸，有时不会”，因为条件可能不合适，这暗示了反应物保持直接接触以产生爆炸的重要性。

为了进行调查，Jungwirth和他的同事们将一个钠钾合金液滴放入水中，然后用每秒10,000帧的高速摄像机观看随后的爆炸，这使得观看速度比实时慢400倍。

他们发现，在水中浸泡300µs后，金属树突从液滴中伸出，并刺穿周围的蒸汽层。这些尖刺使合金有了更大的表面积，并允许它与周围的水迅速反应。Jungwirth说，这种快速扩张的原因都与电荷有关。

他解释说:“高中老师会告诉你，电子会离开金属进入水中。”“但它们没有告诉你的是，如果电子离开金属，那么金属就带着很高的正电荷。”

利用分子动力学模拟，研究小组表明，由于这种过量的正电荷，合金变得非常不稳定。电荷相互排斥，导致“库仑爆炸”，产生了研究人员在成像实验中看到的尖峰。研究小组声称，这种膨胀是碱金属在水中剧烈行为的触发点。

“这是一篇有趣的论文，”英国国家极端条件下物质研究中心主任尼尔·伯恩评论道。“这为该领域提出了一些问题。但他补充说，这项研究可能受益于更精细的高速成像方法:“他们本可以使用很多令人兴奋的新技术，这将使他们的结论更加可靠。”他还质疑这项工作是否“与任何工业过程直接相关”。

然而，Jungwirth认为，在进行这项工作时，研究界不一定是他们的主要目标。他说:“如果高中老师能明白我的意思，我会非常高兴。”“我认为最重要的是，如果下次在高中进行这个实验时，它能找到正确的解释。”我们将尽最大努力传播这一信息。