丹凤千字科普：为什么铁能和氢氧化钠反应（详细资料介绍）

这是一节生动的化学课程展示，教师将小块金属钠或金属钾浸入水中，立刻引发了一场看似“”的剧烈反应。尽管这样的场景已经历代学生目睹，甚至在实验室亲手操作过，但人们对这一反应机理的理解，却长期存在误区。最近，一篇发表在《自然化学》期刊上的研究论文，为我们揭示了这一反应背后的真相。

论文的作者帕维尔琼沃思及其团队指出，碱金属遇水产生的“”，并非仅仅因为反应过程中氢气的释放。虽然最终确实会产生氢气，但在反应初始阶段，有一个更加引人注意的现象：电子迅速。在电斥力的驱动下，碱金属也会发生所谓的“”。

让我们以金属钠与水的反应为例。科学家、同时也是化学爱好者的奥利佛薩克斯在其著作《钨舅舅》中描述了一个生动的场景：男孩和他的朋友们从化学用品供应商处购买了金属钠，并将其丢入北伦敦的海格特池塘。钠块一接触水就立即着火，犹如一颗失控的流星在水面上跳跃，周围环绕着的火焰。

钠是一种银白色的金属，质地较软，与水接触时会生成氢氧化钠和氢气。而钾与水的反应更为剧烈。这些反应释放出大量的热，因此人们长期以来一直认为燃烧和都是由于氢气被点燃所引起的。

琼沃思指出，要发生足够剧烈以至于产生的化学反应，前提条件是反应物之间必须迅速且高效地混合。在碱金属与水反应时，产生的气体形成一层“气体膜”，包裹在碱金属表面，将其与水分隔开。这时如果没有水的接触，氢气的生成就会中断，按理反应应该逐渐减缓。但我们观察到的情况并非如此。

为了探究的真正原理，琼沃思的同事菲利普梅森进行了一系列实验。他使用了液态的钠钾合金来更好地观察剧烈的“”反应。借助高速摄像机，研究者们捕捉到了反应初期的具体机制。他们发现，在合金液滴接触水后不到一毫秒的时间内，反应就已经开始，短短0.4毫秒后，液滴表面开始向外，形成“尖刺”状。这个过程发生得太快，不可能是由反应放热引发的。更重要的是，高速摄影机拍到的影像显示，在极短的时间内，金属液滴周围的水溶液呈现出深蓝色和紫色。

琼沃思的另一位同事弗兰克尤利格利用计算机模拟了由钠原子组成的原子簇的反应过程。在这个过程中，原子簇表面的钠原子会在极短的时间内失去电子，这些电子被水分子包围，形成溶剂化电子。这些电子离开金属进入水中时，钠原子簇就变成了带正电的钠离子。这些离子之间产生强烈的排斥力，这种排斥力转化为动能，从而引发了“库伦”。

密歇根州立大学的无机化学家詹姆斯戴伊表示：“我已经进行了多次这样的实验展示。这篇论文对这一反应的早期阶段给出了完整而有趣的解释。”这篇论文为人们揭示了一个长久以来的科学之谜，对于我们理解碱金属与水的反应有着重要的意义。