为什么氢有金属态和泥浆态氢的金属态( 二 ) _小知识

还记得本文开头的那个问题吗？固体氢是有形状的，因为它是六角形紧密排列的晶体结构。

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固态氢的六角形晶体结构
固态氢不是金属氢，金属氢是氢的一种特殊相。尽管氢处于元素周期表碱金属的最上端，但在正常条件下氢不具备碱金属的性质。相反， H?分子氢的许多物理特性更像元素周期表第二行的非金属和卤族元素，比如氮气和氧气。
要怎么才能得到金属氢呢？当我们给氢气施加巨大的压力，直到压力达到400GPA时，氢才会显现出它的金属态。在强大的压力下，一部分氢的电子从它们原来的轨道脱离出来，成为类似自由电子的状态，这让氢具有导电性，并且，室温下的金属氢有可能是一种超导体。

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用来压制金属氢的激光钻石砧
在实验室条件下，我们很难通过加压的手段制备固态金属氢，即便是使用昂贵的钻石砧，也只能给极少量的氢加压。2017年1月，哈佛大学的研究人员在《科学》杂志上宣布他们在实验室里利用495GPA的压力制成了一小块金属氢，这一度被誉为摘取了“高压物理学的圣杯” ，但他们没有重复自己的实验。在外界的质疑声中， 2017年2月，一个研究人员“不小心弄破了压着金属氢的钻石砧” ，那块金属氢因为失压而“蒸发”了。
但在木星内部就不同了，据科学家们估计，木星表面巨大的气压会将它内部的液态氢全部压成金属氢，也就是说，在木星的大气层下方是金属氢的海洋。

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木星大气层下方的灰色区域是金属氢的海洋
氢的原子态、离子态和等离子体态氢在地球表面通常表现为分子态H? ，当我们给水通上直流电对其进行电解时，氢原子会直接在电极上组合成分子冒出泡来。美国宇航局曾试图将氢原子跟液态氦混合，当氦气蒸发时，让原子态的氢直接输入到火箭发动机里与氧气混合燃烧，据说这样可以将燃烧效率提高50% 。
在太空中这完全不是问题，宇宙中的氢大多以原子态、离子态和等离子体的方式存在，分子态的氢气很少。这可能是因为宇宙空间极其广阔，氢原子很少有机会碰到一起的缘故。
在恒星内部，由于存在高温和高压，氢原子的外围电子被迫与原子核分开。这时候氢就变成了高温等离子体，实际上也就是一个个的质子。氢的这种等离子体在许多星云中也很普遍。
在星际空间更多的是HII ，它通常是被宇宙射线电离的氢，这些HII区域十分巨大，它们的半径动辄达到数百光年，许多恒星都诞生在这些氢离子的云团里。

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猎户座大星云是直径24光年HII云团，质量约为太阳的2000倍
值得注意的是“HII”并不是氢分子H? ，而是电离氢H? ，也就是游离的质子， II在天体物理中表示单电离，我们需要将其与2区分开来。另外，在宇宙中还有一种质子化分子氢H?? ，它是宇宙中最丰富的离子之一，在星际介质的化学中起着重要的作用。相比之下，正氢分子离子H??在宇宙中非常稀少。
科学家们通过氢的发射光谱与吸收光谱来确定物质的构成与形态，因为每一种物质它发出来的光都是不同的。科学家具体是怎么做到的？我们以后会就这个问题专门进行讨论。
总结我们今天将氢的基本形态简单做了介绍：
氢除了常见的气态氢分子H?外，还有液态、固态和金属态。在液态与固态之间，氢还有一个独特的泥浆态，它就像是浆糊一样。
宇宙中更广泛存在的是氢的原子态、离子态和等离子态，这些形态的氢构成了恒星、星云和星际介质，它们也是宇宙中氢最多的存在形式。

为什么氢有金属态和泥浆态 氢的金属态( 二 )

为什么氢有金属态和泥浆态氢的金属态( 二 )