溶剂化电子

本Valsler

本周,卡特里娜Kramer对我们有不寻常的事——她物质不是一个化合物——事实上它尽可能最小的阴离子,出现在一些非常不寻常的地方…

卡特里娜克莱默

每一个负责任的化学研究员会告诉你,并非闪光和爆炸,而是发现物质的属性,使世界变得更美好新材料和药物。但我怀疑任何崭露头角的化学家可以否认的一个经典的魅力炸药科学演示:一块银色的金属,所以软,它可以用一把钝刀,落入水中。金属立即反应,大力劲射在表面上,发生突然起火,最后爆炸。我当然在谈论碱金属钠或钾的反应在水里。

但是这个反应并不局限于教室。帕维尔Jungwirth和他的同事们从科学院在布拉格,捷克共和国,想仔细看看。他们借了高速摄影机看少量的钠钾共晶合金(钠和钾的混合物在室温下是液态)落入水中时爆炸。

帕维尔Jungwirth

所以我们也和其他人一样,像扔钠成水。我们走一步,问自己几个问题:爆炸的机理是什么?这个研究,我们做了几年前,让我们发现一个新的、非常有趣的机制,一种静电机制,推动爆炸。然后我们说“好的,爆炸是去年的科学,让我们做点别的”,我们学会了如何实际反应保持在爆炸的边缘,但实际上不爆炸。

卡特里娜克莱默

一开始的周末科学很快成为一个严肃的研究课题。Jungwirth和他的团队更进一步:他们非常仔细地改变反应条件和注射器NaK直接滴在水面上。他们看到的是令人惊讶:

帕维尔Jungwirth

这金属下降,反应时,在某种程度上它转换成一个透明的球,浮在水面上一两秒钟的表面。我们真的不明白那是什么。然后我们意识到,实际上是产品的反应,氢氧化。现在氢氧化固体(室温),但这里的温度大约是600度,所以它实际上是熔融的氢氧化由一层薄薄的水汽分离层和水面上的滚动,直到它冷却,然后积极与水混合。

卡特里娜克莱默

周围的金属轧制表面上像一滴水在炎热的火炉。但是之前透明,它开发了一个深蓝色的“皮肤”,很快就消失了。这蓝色只能意味着一件事:溶剂化电子。

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通常我们认为电子属于特定的原子,不是真正的粒子。但实际上他们可以存在于自己的解决方案。这一切都可以追溯到汉弗莱·戴维,19世纪早期,人们注意到在氨蒸汽,如果您添加钠就变成蓝色。然后如果你真的液化氨,之后,你可以得到这个美丽的蓝色的解决方案,就像蓝色的墨水。显然这些电子离开碱金属和他们进入氨溶液非常强烈吸收光线。他们吸收红光,所以如果你有白光背后是蓝色的。”

卡特里娜克莱默

当第一次描述了蓝色的解决方案,人们不知道电子。直到1907年,美国化学家查尔斯·克劳斯发现溶液导电——事实上他归功于自由电子的存在,从溶解金属中解放出来。虽然在水溶剂化电子确实存在,他们只生存一微秒,并迅速与水反应生成氢气和氢氧根离子。一个类似的反应也发生在氨,但反应慢得多。那为什么Jungwirth的团队仍然可以用肉眼看到的蓝色电子吗?

帕维尔Jungwirth

当你想洗个澡,一个正常的人会去浴缸里,把插头并开始倒水。这就是你在氨-涌入电子和有一个插头。漏水的插头,但它不漏的太多了。电子简单地积累,你可以带一个漂亮的浴电子。但是情况没有插在水里就像一个浴缸。它只是简单地疯狂地泄露,他们只是反应太快了。只能用电子水洗澡是增加进口,把电子的速度比他们泄漏。这是我们管理。第二个——这是一个快速淋浴而不是泡个澡,但我们成功了第二个将电子从金属的速度比他们通过化学反应消失,这让我们看到。”

卡特里娜克莱默

但解决浴缸漏水问题不仅仅意味着满足化学的好奇心。桦树反应使用溶剂化电子的强还原氢化芳烃潜力,例如苯转化为1,4-cyclohexadiene。工业规模,这个反应使用大量的氨气,需要冷却液化-78°C以下。使持久水溶剂化电子可以帮助取代氨和水——更经济和生态友好的选择。此外,研究溶剂化电子可能揭示一些更奇异的特性,例如将水转化成金属状态的能力。

帕维尔Jungwirth

也许通过理解过程在水和氨和水之间的差异可以使我们一些非常有趣的想法。例如,它真正重要的你投入多少电子水。如果你把几个电子成水,他们将创建这些孤立的溶剂化电子,在氨。所以一个电子被溶剂分子包围。但是如果你继续注入越来越多,这些电子可以配对,所以称为dielectron。的减少属性dielectron将不同于减少单个电子的性质。它变得更有趣,当你开始把越来越多的电子,当这些dielectrons开始合并,创建几乎传导带——解决方案实际上从蓝色到青铜,立即告诉你它有金属属性,有一个自由流动的电子。再一次,我们不知道什么是减少这些解决方案非常高浓度的属性。”

卡特里娜克莱默

所以长寿的溶剂化电子可以帮助我们更好地了解物质的性质,以及开发新的、高效的流程。也许仍然有很多我们可以学习的闪光和爆炸。

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卡特里娜是克莱默和帕维尔Jungwirth尽可能最小的离子-溶剂化电子。下周,大脑克莱格回报家人的化合物,我们生活中不能没有…

布莱恩·克莱格

有一个流行的神话,血液红色来自血红蛋白中的铁,但事实是更有趣的——它是血红素色素的形状,使独特的发红,和血红素只是一个家庭的有机化合物称为卟啉。

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加入我们下周找到更多。播客在卟啉被马修·哈特在twitter上要求化合物——所以如果你有任何建议我们应该覆盖取得联系通过电子邮件chemistryworld@rsc.org或者在twitter上@chemistryworld。我本Valsler,谢谢你加入我。