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钠遇水为何爆炸?《Nature Chemistry》解释原理

对任何一个学过化学的学生而言,初次看到化学反应引起的爆炸一定相当刺激,钠与水的反应就是其中之一,这个激烈的反应可以产生令人印象深刻的火焰和巨响。估计很多人还记得高中化学老师在课堂上演示这一实验的场景,有些人也可能从那时起就爱上了化学。不过,这样一个经典且基础的反应其细节至今为止仍不甚清楚。

过去人们认为碱金属与水发生爆炸反应是因为反应放热并点燃反应产物氢气,但最近的发现证明了这种理论并不正确。


德国和捷克的科学家们借助高速摄像机技术,拍摄到亚毫秒内钠/钾和水相遇的影像。科学家们意外发现钠/钾合金液滴变形成海胆状,细长的尖峰伸入水中,快速增加的接触面积使得反应开始失控。模拟分子动力学表明,该金属表面一旦接触水几乎立即释放电子。大量电子释放使该系统快速达到“瑞利不稳定极限”,并导致碱金属液滴的“库仑爆炸”。这也可以解释了为什么该反应不能自淬,并可导致爆炸。这一发现发表在Nature Chemistry 上。


原文:

https://www.nature.com/articles/nchem.2161

Coulomb explosion during the early stages of the reaction of alkali metals with water

Philip E. Mason, Frank Uhlig, Václav Vaněk, Tillmann Buttersack, Sigurd Bauerecker & Pavel Jungwirth 

Nat. Chem., 2015, 7,  250–254, DOI: 10.1038/nchem.2161


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