真相揭秘：钠和钾遇水的瞬间

钠是一种银白色的金属，室温下较软。与水接触时便生成氢氧化钠和氢气。而钾遇到水时的反应更加剧烈。这些反应会释放出大量的热，因此，之前人们总会理所当然地认为燃烧和爆炸都源自氢气被点燃的过程。

琼沃思指出， 要发生剧烈程度足以产生爆炸的化学反应，前提条件是反应物之间要迅速、高效地混合。然而，在碱金属与水反应时，迅速生成的气体应该会形成一层“气体膜”，包覆在碱金属表面，将碱金属与水隔绝开。这种情况下，没有了水的接触就断绝了氢气的“来源”，反应应该趋于逐渐减缓，但我们看到的现象却并非如此。

琼沃思的同事菲利普·梅森（Philip Mason）决定通过实验找出爆炸的真实原理。在开始的实验中，他使用了固体的金属钠，不过有时候金属钠的表面会在空气中被氧化，被氧化的部分遇水并不会发生非常剧烈的反应。为了更好地观察剧烈的“爆炸”反应，梅森最终使用了一种在室温下为液态的钠钾合金进行实验。

借助高速摄像机，研究者们得到了反应初期具体机制的线索。他们发现，在钾钠合金液滴从注射器滴入水中后不到1毫秒的时间内，反应便开始了。在短短的0.4毫秒后，合金液滴表面就开始向外喷射，形成“尖刺”状。这个“爆炸”过程发生得实在太快了，因此它不可能是由反应放热引发的。更重要的是，高速摄影机拍到的影像显示，在0.3~0.5毫秒之间，在这个带有“尖刺”的金属液滴周围，局部水溶液呈现出了深蓝色和紫色。

▲实验中拍摄到的钠钾合金液滴入水时的变化，右侧为作为对照的水滴

琼沃思的同事弗兰克·尤利格（Frank Uhlig）利用计算机模拟了由19个钠原子组成的原子簇的反应，在此之后，上述现象背后的原因终于得以显现：这些原子簇表面的钠原子会在几皮秒（10-12秒）的时间内就失去一个电子，而这些电子会跑到周围的水里面，并被水分子包围，形成“溶剂化电子”（Solvated electron）。

此前科学家们就已经发现，在水中溶剂化的电子会呈现出深蓝色，这种现象短暂地出现在之前捕获的影像中。而当这些电子离开金属进入水中时，钠原子簇就变成了一堆带正电的钠离子。这些离子彼此之间会产生强烈的排斥，这种排斥力转化为动能，由此就引发了“库伦爆炸”（Coulomb explosion）。

密歇根州立大学无机化学家詹姆斯·戴伊（James Dye）表示：“我已经进行了许多次这样的实验展示，我也很想知道究竟为什么金属钠会在水面上‘跳舞’，而金属钾则会发生‘爆炸’。这篇论文对这一反应的早期阶段给出了完整而有趣的解释。”返回搜狐，查看更多