在人们的普遍认知中，水和金属被视为两个截然不同的领域，《自然》杂志上的一项研究却让这两者产生了奇妙的交集。通过精心设计的实验，科研团队突破了极端压力的束缚，成功在实验室制造出了所谓的“金属水”。
纯净的水，无疑是一种近乎完美的绝缘体。在我们的印象中，水与导电的金属是“绝缘”的。然而事实上，包括水在内的许多物质，在足够大的压力条件下，都可以转化为导体，展现出特殊的金属特性。当原子或分子受到高压挤压并共享电子时，就会产生可以自由移动的电子，这些电子赋予了绝缘材料导电性。
这个过程需要的压力极其巨大。以水为例，它需要在高达4800万个大气压的环境下才有可能转变为导体。这样的极端压力，通常只存在于大质量行星的内部。比如，科学家推测，在太阳系中，只有木星内部的压力才足以使水金属化。在地球的实验室里，达到如此高的压力几乎是不可能的。过去的研究显示，即便是在最先进的实验条件下，也只能让纯水呈现出超离子态，具备质子导电性，而无法达到具有电子导电性的金属态。
近期在《自然》杂志上发表的一项研究打破了这一局限。一个国际合作的研究团队巧妙地绕开了高压条件，首次在实验室里将原本绝缘的纯水转化成了金属。他们通过向碱金属“借用”电子的策略，成功让水分子拥有了导电性。
具体来说，研究团队利用了碱金属家族的特性——由锂、钠、钾等元素组成的碱金属家族容易失去它们最外层的一个电子。当大量的碱金属外层电子混入水分子中时，这些可移动的电子会形成导带，使得水分子具备了导电性。这一过程听起来并不复杂，但实现起来却面临诸多挑战。首要问题就是如何解决碱金属遇水的问题。
为了解决这一问题，研究团队采取了新的方法——不再简单地将碱金属投入水中，而是将少量的水分子沉积在碱金属表面上。这样做不仅减少了碱金属与水的化学反应，还为“借用”电子创造了条件。他们使用了一种特殊的合金——碱金属钠、钾的液态合金。在一个真空容器中，装有这种合金的注射器针尖处液滴逐渐长大并最终滴落。在这个过程中，他们向容器中注入了水蒸气，使其在液滴表面凝结、沉积。
当这些吸附了水分子后，液滴表面会立刻呈现出一种迷人的金属光泽——金色。这种光泽可能是由水中的自由电子反射可见光产生的。随着水分子吸附层的增长，液滴的颜色会依次变化为深红褐色、紫色或蓝色、白色等颜色后失去其金属光泽。
这项实验的结果远超出了团队的预期。观察到金属光泽只是开始，为了证实这一发现，他们还借助了现代仪器进行了精确测量。通过谱学手段的观察和测量结果证实了水中自由电子的存在和其形成的导带。这些结果都表明了在这项实验中水的确被转化成了金属。
最后特别感谢编译：王怡博 审校：吴非 两位同志对此篇文章的付出。
参考资料：
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