金属氢,是液态或固态氢在上百万大气压的高压下变成的导电体。导电性类似于金属,故称金属氢。金属氢是一种高密度、高储能材料,之前的预测中表明,金属氢是一种室温超导体。
氢是人们最熟悉的化学元素。它在常温下是一种气体,在低温下可以成为液体,在温度降到零下259℃时即为固体。如果对固态氢施加几百万个大气压的高压,就可能成为金属氢。金属氢的出现是当代超高压技术创造的一项奇迹,它是高压物理研究领域中一项十分活跃的课题。
氢在金属状态下,氢分子将分裂成单个氢原子,并使电子能够自由运动。在金属氢中,氢化学键断裂,分子内受束缚的电子被挤压成公有电子,这种电子的自由运动,使金属氢具有了导电的特性。因此,把氢制成金属,关键就是把电子从原子的束缚下解放出来,把共价键转变为金属键。
金属氢的制取方式
从理论上来看,在超高压下得到金属氢是确实可能的。不过,要得到金属氢样品,还有待科学家们进一步研究。 尽管还未把金属氢拿到手,但理论工作者推断,金属氢是一种高温超导体,是高密度、高储能材料。
已掌握的超导材料大多需在液氦(-269℃)或液氮(-196℃)冷却下使用,这使超导技术的发展受到限制。金属氢的超导临界温度(即体现超导性质主最高温度)是-223℃~-73℃,可能能够在固态二氧化碳(-78.45℃)温度下使用,这将大大推动超导技术的发展。
由于金属氢是高密度材料,用它作燃料,火箭的体积和重量都会大大减小,航天事业将因此而产生巨大的飞跃。
和化学家不同,天文学家将氢和氦以外的一切元素统称为金属。在高温和高压条件下,气态的氢也可以成为电导体的金属氢。以木星为例:最外层是1000公里厚的气态分子氢,再往下是24000公里厚的液态分子氢,再往下是45000公里厚的液态金属氢。
1936年美国科学家维那对氢转变为金属的压力作了首次计算,提出了氢转变为金属的临界压力是在100万到1000万大气压的范围以内。在世界各国正通过多种途径来产生超高压制取金属氢。比较成熟的有两种方法,一种叫动态压缩法,即是从强磁场中采用快速冲击压缩,获取高压来制取金属氢。另一种叫静态压缩法,即采用1000吨重以上的压力机或用将近10层楼高的水压机来产生100~200万大气压的高压,压缩液氢来制造金属氢。