壺中風

金屬有導電性是眾所周知的，而金屬之所以有導電性是由於金屬內部存在著可自由移動的電子，這些電子是由於原子核對部分外圍電子束縛力較低，這些電子就可以在緊密相鄰的原子之間“串門”了，易於從一個原子滑到另一個相鄰的原子。當有一定電壓時，這些原子運動的方向就會相同了，於是產生了電流。

像鉀原子有19個電子，最外面的一個電子受到的束縛力低。在固體鉀中，原子緊密地排列著，這個電子可以通過相鄰的原子在固體鉀中自由移動。這些電子使得鉀原子可以這樣緊密結合在一起。

氫原子僅僅只有一個電子，原子核對這個電子的束縛力比較高，所以不能將氫原子緊密結合在一起，也不能讓電子在原子間相互移動，進而把氫轉變為金屬。

但是，如果有足夠的壓力，迫使氫原子緊密結合在一起，每個氫原子的單個電子，就有可能擺脫原子核的吸引力，開始從一個相鄰原子滑到另一個相鄰原子，這樣就會得到“金屬氫”。

為了達到這樣的狀態，必需滿足三個條件：

1、氫原子必須處在一種近於純粹的狀態中（其他種原子的存在會產生干擾）；

2、溫度不能太高（高溫會使它擴張）；

3、氫原子還必須處在巨大的壓力下。

而在太陽系中，最接近於滿足這些條件的地方是在木星的中心，因此有些人認為，木星的中心或許是由金屬氫所構成的。

知識的樂趣

氫當然可以金屬形態存在，只不過讓我們印象中的氣態氫變成金屬氫，所需要的環境不一樣罷了。這有點類似水在不同的溫度和壓力下也有固、液、氣常見的三種形態。

對於金屬的定義，一般是以我們的感官來判斷的，比如說要具有光澤，有延展性，具有良好的導電性導熱性等這些物理性質。但這樣來區分金屬與非金屬有些不太精確，在一定的環境溫度和壓力時，一些金屬也會變成絕緣體，一些絕緣體也變成導體。比如鋼鐵在極低的溫度下，光澤就消失了，變的非常脆，也失去了導電性。

所以，對於金屬還是從微觀的角度去看，一般來說，某一元素（單質）的原子間是通過金屬鍵鏈接的就可以看做是金屬，因為原子間只要有足夠的能量（電離能），原子就能失去電子，特別是最外層的電子，形成自由電子。你可以想象成所有的金屬陽離子是浸泡在一片電子海洋中，而我們看到的很多金屬性質，都是和這些電子和金屬鍵有關的，比如，金屬具有金屬光澤是因為那些自由電子在吸收了可見光後，自己“留下”一部分能量，再把大都不同波長的光子發射回來，這就是金屬光澤。而金屬的延展性是金屬鍵並沒有把金屬原子固定住，原子之間可以進行相對滑動而不會破壞整個金屬結構。

氫是宇宙中最豐富的元素，金屬氫也不算稀有，但在地球上沒有產生金屬氫的條件，所以，直到1935年，科學家才預測到氫可以有著金屬的性質。但是，由於當時的實驗設備不夠先進，所以儘管做了許多試驗，仍然無法制造出金屬氫。直到2016年10月，兩個哈佛大學的物理學家宣稱制造出了金屬氫，但遭到了一些科學家的質疑，其中也有咱們的中科院，合肥研究所按其方法重複了實驗，結果是沒有得到金屬氫。說句題外話，實驗的可重複性是檢驗科學研究成果的一項重要指標。

下圖是哈佛團隊發佈的金屬氫照片：在2017年2月，哈佛大學這個金屬氫團隊宣佈，“由於團隊操作失誤，製造出的那個金屬氫樣本消失了。”好吧，人家是不是真的造出來咱先不去管了，在2019年12月，中國科學院合肥物質科學研究院固體物理研究所極端環境量子物質中心團隊宣佈，在極端高溫高壓條件下成功獲得了金屬態氫和氘。此成果已發表在國際重要學術期刊《先進科學》。金屬氫為什麼這麼吸引人，因為優點很多，金屬氫是一種高密度高儲能的材料，而且是一種常溫超導體，如果能夠工業化製備，將在電子，材料，能源等領域掀起革命性的變話。只不過現在距離這個目標還有很長距離要走，也許可控核聚變離我們更近一些。

金屬氫雖然在地球上很難弄出來，但在宇宙中，特別是一些氣體行星系統中還是普遍存在的，因為在那些巨大的氣態行星內部有著足夠高的壓力與溫度，特別是木星，作為太陽系行星的“老大”，如果你能進入到木星內部13000英里的深處，這裡的壓力達到了200萬個大氣壓，溫度超過6000K，這時這你就會發現周圍的氫分子在高溫高壓下被迫靠近在一起，原子間的電子斷裂，形成液態的金屬氫。木星中心內部壓力可以達到約350萬～450萬大氣壓，其岩石核心就是被一層厚厚的液態金屬氫所包裹。

目前，天文學家已經證實木星內部存在著大量額金屬氫，但這些金屬氫對於人類來說是隻能想想，如果想利用的話，估計人類的文明水準得再提高一級吧！

清明的星空

氫可以是金屬，名字就叫做“金屬氫”，分為固態金屬氫和液態金屬氫兩種，其中液態金屬氫被推測大量存在於巨型氣態行星中，下面詳細介紹一下金屬氫的故事。

什麼是金屬？

要想理解什麼是金屬氫，首先要搞清楚什麼物質可以被稱之為金屬。金屬能區別於非金屬的最關鍵因素就是金屬鍵。由於金屬元素容易失去外層的電子，當處於凝聚態的金屬原子，失去了價電子，成為整個原子基體的共有電子，形成了金屬鍵，這些電子也被稱為自由電子，在金屬中可以自由的移動，因此具有良好的導電性，又由於金屬鍵沒有方向性，金屬離子改變相對位置並不會破壞電子與離子間的結合，因而金屬具有良好的延展性。

金屬氫是如何形成的？

氫元素是宇宙中最基本的元素，具有最簡單的原子構成，即一個質子（加上0或1或2箇中子，即氕、氘、氚，為方便起見，以下我們提到的氫均為無中子的氕）和一個電子。氫最常見的形式就是氫氣，由2個氫原子通過共價鍵構成一個氫氣分子，在標準大氣壓下，將溫度降到-253℃以下時，氫氣將轉化為液氫，長征五號火箭芯一級所用的燃料之一就是液氫，溫度在-259℃以下時，液氫將轉化為固體氫，但液氫和固體氫仍然是由氫分子構成的，仍屬於分子氫。1935年，英國物理學家貝納爾預言，在一定的高壓下，任何絕緣體都能變成導電的金屬，具體到氫氣，當其受到非常大的壓力，以至於氫原子核（質子）之間的距離縮短到共價鍵被破壞，原來被束縛的電子逸出，成為公有電子，即自由電子，這樣就形成了金屬鍵，此時物質將具有金屬的特性，稱為金屬氫。當溫度較低時，質子是以晶格形式排列的，就是固態金屬氫，而溫度較高時，形成不了晶格，質子和電子成為一鍋稀粥，這時就形成了液態金屬氫。目前，液態金屬氫已經在多個實驗室被製造出來，2017年，哈弗大學宣稱使用兩個對置的金剛石頂砧實現了495GPa的高壓，將固態分子氫轉化為固態金屬氫，但此成果尚有爭議。

木星內部為什麼會有液態金屬氫？

根據多個探測器的數據和理論分析，推測木星大氣約3000公里厚，在大氣層以下，是一層液態分子氫，再下面就是一層液態金屬氫，再下面是石質內核。為什麼會形成液態金屬氫呢？因為木星的體積巨大，內部的壓力非常大，且很可能存在能量來源，據估計木星內核邊緣處的壓力達到3000~4500GPa，溫度可達35700 °C，前面已經介紹過，在這樣的恐怖的高溫高壓下，氫元素只能以液態金屬氫的形式存在。木星強大的磁場就與金屬氫層有著密切關係。

總結一下：氫可以以金屬的形式存在，即金屬氫，而木星內部的液態金屬氫是由於特殊的超高溫高壓環境造成的。

人馬座A

從化學角度講，金屬與非金屬的區別主要在於他們的化學鍵。非金屬內部是共價鍵，原子幾乎都是電中性的。金屬內部是金屬鍵，原子幾乎都電離成為離子，與自由電子。

從物理角度講，金屬是一種具有光澤（即對可見光強烈反射）、富有延展性、容易導電、導熱等性質的物質。很明顯氫沒有這些性質

如果以後發現了氫的某種同素異形體，就有可能會有金屬性，（例如碳60主要表現非金屬性，而石墨則表現一定的金屬性）但是正常態氫氣是不會有金屬性的。當然，現在在低溫高壓的條件下有表現金屬性質的“金屬氫”

來日再聊

只有液態氫，沒有金屬氫。是否是金屬要看組成物質的單元的分子間作用力的形式。一般物質單元間作用力有離子鍵，共價鍵，金屬鍵。所以不能說看起來像什麼就認為是什麼，比如汞看起來是液態的但是確是金屬。

Chemlover

氫與除稀有氣體外的幾乎所有元素形成化合物，存在於水和幾乎所有的有機物中。

開發新型儲氫材料是氫能利用的重要研究方向。目前所採用的主要儲氫材料有，碳質材料.金屬氫化物.配位氫化物等。

2020-2-22

手機用戶54578927414

看科普節目，在木星內部，

液態金屬氫，應一種比喻。

差異種元素，氣與金兩類，

個認存認為，並沒法成立。

關鍵字: 原子 金屬 科學