钠和钾遇水爆炸的真相

钠和钾遇水爆炸的真相

几十年来，科学爱好者们一直热衷于钠和钾遇水爆炸时能量释放方式的研究。最近，欧洲的研究人员表明，长期以来被人们所接受的对爆炸过程的解释是不完整的。

将碱金属块丢入水中引起爆炸是一个久负盛名的实验，至今还有一些老师和许多化学刺激寻求者不断进行实践。化学家们一直认为爆炸的原因是碱金属遇水溶解，产生的大量热量和电子被急剧释放到水中。碱金属溶解的同时还产生蒸汽，并生成氢氧根离子和可以燃烧的氢气，这使爆炸过程显得更加剧烈。

虽然研究人员一直困惑于爆炸过程为何能够如此快速地发生，但他们意识到一点，反应初期产生的蒸汽和氢气应该会在金属表面形成一个缓冲层，阻碍金属与水的接触，从而阻止反应的进行。

为解开这一谜团，捷克共和国布拉格科学院的化学家Philip E. Mason，Pavel Jungwirth和同事以及德国不伦瑞克科技大学的同僚们，利用超高速摄影和计算方法对爆炸过程进行了研究。

多种因素可以阻止块状碱金属与水接触时发生爆炸，如温度和样品表面的清洁度。研究人员通过使用在室温下保持液体状态的钠-钾合金和包含标定刻度的注射器在内的液滴传送系统消除了反应的不良影响因素。

在与水接触的零点几毫秒内，研究人员观察到Na/K液滴形状发生改变，其表面呈放射状，无数尖峰伸向水中。分子动力学分析表明电子从尖峰到水中的瞬时转移产生带正电荷的碱金属离子，离子之间相互排斥并导致所谓的库伦爆炸。这一过程快速传导并形成活性的金属表面，从而触发了整体的爆炸反应。

据介绍，研究人员已经弄清能够使这一高度放热反应发生爆炸而不是自我熄灭的许多关键环节。此外，高速摄影呈现的长金属尖峰的快速形成以及界面库伦爆炸的作用也非常令人兴奋。

密西根州立大学化学系的名誉教授James L.Dye指出，自从Lord Rayleigh研究毛细射流在外界扰动下破断成液滴的原理后，带正电荷的液滴可在气相中发生爆炸已广为人知。他还认为看到或亲自实践论证该经典的任何人都会对反应机制的详细图解和研究所提供的直观视觉效果感到震撼。