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第39章 金属氢能制取成功吗

无机化学篇

在化学元素周期表中,氢跟锂、钠、钾、铷、铯等典型的金属元素位于同一族中。

在1925年,英国物理学家贝纳尔曾预言,只要施加足够大的压力,任何非金属材料都能变成金属。原因很简单:极大的压力可以破坏原子之间的化学键,使原子间的距离缩小,形成紧密堆集,从而使原子间的相互作用大大加强,本来只能在一定分子轨道上运动的电子将会变成自由电子,变为各个原子所共有。这样,就形成了具有良好导电性的金属了。早在1914年,勃里奇曼曾把非金属白磷在200℃加压到12000大气压,半小时后白磷就变成了既能导电又有金属光泽的黑磷;人们也曾使非金属碘、碲、硒、硫等在高压下变成金属;进入20世纪后,人们又在超高压下使半导体硅、锗和绝缘材料聚四氟乙烯(塑料王)变成了金属;1979年,美国康奈尔大学的科学家在32万大气压和32K条件下制得了极微量的金属氙,其导电性增加了1000多亿倍……

诺贝尔奖金获得者威格纳等人曾经从理论上估算,在40万大气压下固态氢可以转化为金属氢。因此推测金属氢具有许多诱人的特性:一是室温超导性。金属氢有可能在室温附近失去电阻从非超导状态转变成超导状态,而室温超导材料正是科学家们孜孜苦求了几十年尚未得到的。如用金属氢制成超导电缆,可以实现电能的远距离无损耗输送;用它制成超导电机,可以大大增加电机的容量,减小电机设备的重量和体积;用它制成超导电磁铁,除了可用于半导体、磁学和高能物理研究外,还可用于磁流体发电、高速磁悬浮列车等等;如果用金属氢制造超导计算机,其性能将优于现代最高级的电子计算机几百倍!

二是高导热性。据估计,金属氢的导热率是铜的两倍多,可以用作优异的导热材料和散热元件。

三是高储能密度。氢是一种新型燃料,把它制成金属氢,使用起来会更方便;金属氢的密度大约是液态氢的8倍,用它代替液态氢作火箭燃料,能大幅度地减小火箭的体积和重量;用它制成炸药,其能量是相同质量TNT炸药的25倍;把氢的同位素氘和氚也金属化并制成合金。会使受控热核聚变容易实现……

但是,制取金属氢的尝试一次又一次地失败了,其原因在于压力不够,超高压是制取金属氢的拦路虎。20世纪70年代中期,人们制成了压力高达100万大气压的超高压压力机,研究人员把纯度很高的氢气通入两个压砧之间,并且冷却到4.4K,使它冷凝成固体氢,然后再在两个压砧上施加超高压,终于得到很薄的一层金属氢,其电阻率还不到原来的百万分之一!更令人高兴的是,把压力减小后它仍能稳定在金属状态。这一重大发现犹如给研制金属氢的工作投放了催化剂,各国科学家都紧锣密鼓地加快研究步伐。1987年,美国卡内基学会地球物理实验所的科学家已研制成功一种特殊的“钻石面老虎钳”装置,其压力可达到200万大气压,他们正准备开始新的制取金属氢的实验。