上图中,金属钠和钾的合金流体从注射器缓慢滴入水面。合金和水在表面的反应可以通过高速相机和原位红外检测。具体变化过程如下图和视频所示。
根据颜色和状态的变化,可以将上图和视频中的反应过程分为三个部分。
一、 合金液滴与水接触后,因为浮力和产生大量气体,所以液滴浮在水表面并呈现蓝色。蓝色的产生是因为大量电子从碱金属合金传给水分子的过程中产生溶剂化电子。原位Vis / near-IR证实溶剂化电子的存在,如下图所示。
二、反应产生大量热,温度持续上升。温度上升到一定程度,碱金属开始挥发(视频中出现大量烟雾),Vis / near - IR出现Na和K的信号,如下图。温度继续升高,合金液滴颜色逐渐变深,最终呈现火红色(温度接近600摄氏度)。
三、烟雾消失,合金液滴从火红色变为无色透明状。IR证明无色透明状物质为氢氧化物,如下图。之所以透明状氢氧化物能够浮在水面,是因为莱顿弗罗斯特现象(维基百科链接https://en.wikipedia.org/wiki/Leidenfrost_effect)。
四、氢氧化物下降爆炸发生。
点评:
初见本文感觉很有趣。高中生就知道钠遇水会爆炸,但没有人去认真研究这一过程。可能是习以为常,也可能因为害怕危险。猜想作者从事这项研究的初衷,应该是兴趣使然吧。上一张作者实验照:
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