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甲烷|超高压下3件神奇的事


甲烷|超高压下3件神奇的事
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甲烷|超高压下3件神奇的事
在超高压条件下会有不可思议的现象发生 ， 而这些现象是物理化学的常规原理无法解释的 ， 我们学了这么多年的数理化是假的吗？NO ， 是我们知道的太少了！！
压力， 会让我们做出一些非常不可思议的事情 。 它会让我们在做重要的报告时忘记自己的姓名 ， 也会使我们对家族世仇之类的事情做出荒谬的反应 。 然而 ，压力并不只是让我们做荒唐事 。 它会导致各种物质进行自身性质的转变 ， 就像一团鳞状石墨变成一颗钻石——地球上自然形成的最坚硬物质 。
在极大的压力下， 事情甚至会变得更加不可思议 。 从个人经验或基础化学课程中你可能学过 ， 油和水静置时互不相溶 。 因为水分子对彼此的引力强于对油分子的引力 ， 但结果发现 ，在适当条件下它们确实溶合了 ， 其中一种条件就是高压 。
科学家能用一种叫做钻石对顶砧的设备（也叫DAC）制造出这种条件 ， 该设备可用两个无瑕疵钻石的对顶面挤压物质 。 依靠的是对那个狭小的实验区施加的压力 ， DAC能造出你在地核才能发现的强大压力 。 科学家用DAC将水与液态甲烷 ， 或四氢化碳溶合 。
在化学意义上 ，液态甲烷和最简单的石油性质一样 。 室温下， 研究者将这两种液体溶合时用的是2兆帕的压强 。 几乎相当于海平面气压的2000倍 ， 研究者表示 ，两种化合物之所以能溶合 。 是因为甲烷分子被压缩到一定程度 ， 就可以进入水分子组成的网状物中 ， 并能均匀地分布 。
甲烷和水广泛存在于太阳系 ， 包括内行星和卫星。 它们都有着超高压强 ， 因此在实验室研究二者在极端条件下的反应 ， 有助于我们了解更多人类无法触及的领域中进行着的化学过程 。 然而并不是只有油和水才能在极大的压力下和睦共处 ， 惰性气体也可以 。
一般情况下 ，原子之间相互反应是为了使其最外层电子达到饱和 ， 因为那样它们才会最稳定 。 惰性气体是原子最外层电子已饱和的元素 ，所以 ，除非它们失去一个电子。 否则它们不需要与任何原子发生反应——强迫它们参与反应是很难的 。
可是， 含惰气元素的化合物会很实用 。 需要从原子中移出电子 ， 但是， 除非在极端特殊的环境中， 它们的存在通常是很短暂的 。 大多数情况下， 你需要用相当高的压力去制造这些化合物 。 尤其是那些不依靠超低温的化合物 ， 或包含额外惰性元素氖或氦的化合物 。
研究者制造出了一种前所未有的含氦化合物， 叫作氦化钠 。 由一个氦原子和两个钠原子构成 ， 这种物质是用DAC制造的113兆帕的压强中形成的 。 大致相当于外地核的压强 ， 这种化合物的晶体结构特别不错 。 因为氦原子和钠原子的结合不像多数分子那样 ， 相反， 高压将氦原子和钠原子以类似3D立体棋盘的模式进行组合 。 强迫电子对分开 ， 基本上都单独悬浮于氦原子之间 ， 近似没有原子核的负离子 。
根据电脑模型 ，氦化钠应该能在一千兆帕的压强下保持稳定 。 这么强的压强在大型气态巨星和恒星内部深处才能发现 ， 这不一定意味着在木星和土星内部有一大批外来的含惰气元素的化合物。 但随着研究不断深入， 我们可能会知晓答案 。
现在， 科学家更加确定的一种存在于那些气态巨星中的奇异物质。 就是 ， 表现出金属性状 ， 能导电的非金属元素 。 电流就是一股电子流 ， 要让电子开始移动， 它们需要具备足够的能量 。 以离开其所属原子 ，并融入大量自由移动的电子 。 某些元素如金属， 其外层电子很容易获得这种能量 ， 它们就善于传导电荷 。


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