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碱金属遇水爆炸的秘密

昨夜,天津滨海新区的发生剧烈爆炸,造成重大人员伤亡和财产损失。爆炸区位于天津口岸危险品货物集装箱业务的大型中转、集散中心,据报道可能存放有电石、硅钙合金和碱金属等多种遇湿易燃易爆物品,这为灭火工作增加了困难。

我们为天津祈福,期盼伤者和参与救援者平安!

碱金属遇水爆炸的秘密

今天在这样一个特殊的时刻,我们也想回顾一篇与碱金属爆炸相关的研究。这篇发表于今年初的论文可能揭示了碱金属遇水爆炸的秘密。

学过高中化学的人应该都了解, Na, K等活泼的碱金属要放在煤油中保存,遇水会发生剧烈燃烧甚至爆炸。

过去对这一现象的解释是,因为碱金属会与水发生反应。以钾为例,遇水会生成氢氧化钾与氢气,而这又是一个剧烈放热的反应,所以会点燃氢气,导致着火爆炸。

这个说法看似合理,也被人们广为接受。然而今年初,在Nature Chemistry (doi:10.1038/nchem.2161)上发表的一篇论文,却对这一传统解释产生了质疑。来自德国和捷克的化学家,通过高速摄像机对Na/K合金与水反应的情形进行了细致观测。结果,他们发现在金属液滴刚与水接触不到一毫秒,就能看到碎金属飞散,但这么短的时间还不可能产生足够的热量。接着,每个飞散的碎金属液滴就被蓝紫色溶液包围。而这一现象,正是由于Na/K原子遇水瞬间迅速丢失电子所导致。电子的极速丢失,使得带正电的碱金属离子团簇变得非常不稳定,在大量热生成之前已经达到电斥力的极限而四下飞散—这也就是所谓的库仑爆炸现象(Coulomb Explosion)。

这一新理论,较好的解释了碱金属与水反应的剧烈程度,以及为什么生成的氢氧化物和水蒸气不能逐渐终止反应进行。看来我们多年信以为真的理论并不正确,今后的高中教科书可能要认真改写了。

碱金属遇水爆炸的秘密

该文章根据原载于ChemistryViews的新闻和Nature Chemistry的论文整理。

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碱金属遇水爆炸的秘密

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