同位素同素异形体常见的有什么,同素异形体和同位素举例

首页 > 政策法规 > 作者:YD1662023-10-31 17:44:31

钠在极高压力下的表现

学过化学的朋友都知道,钠是一种非常活泼的堿金属,它呈银白色,很轻很软,由于原子最外层只有一个电子,钠有很好的导电性,并且钠是不透明的。

事实上目前所有已知的金属对可见光都不透明,这是因为在金属表面有一层自由电子的“海洋”,当光子与金属表面碰撞后,其电场会激发金属表面的电子,使其发生弹性响应,于是光子大多数被反射出去,只有极少数光谱光子被吸收。那些与被吸收光量子耦合的自由电子,其跃迁主要发生在费米能级附近很小的能量范围内,因此远离能隙,它们只会产生热能,不会激发出新的光子,所以金属在理论和实际上对可见光不透明。钠是一种活泼的金属,它自然也是不透明的。

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金属钠是银灰色活泼金属,它不透明

但如果将钠放在极高压力的环境下,情况就发生了显著的变化:在150万个大气压时,钠的颜色从银色变为黑色;当压强达到190万大气压时,钠开始变得透明,呈红色;而在300万大气压下,钠变成了透明的固体!

为什么会出现这种情况?高压下的钠还是钠吗?钠还是钠,但它已经不再是金属钠了,所有这些钠的高压同素异形体都是绝缘体和非常规无机电子晶体(electride)。在极强的压力下,金属钠最外层的电子被挤走,与其它原子共价,这改变了钠的导电性,同时使其具有非常复杂的光学响应,甚至变成透明的绝缘体。钠的这些同素异形体吸收光谱显示出强烈的各向异性,也就是说它在一个方向上是光学透明的而在另一个方向上是反射的。

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钠有可能会变成这个样子,你不可能将它拿在手上,这需要190万大气压

事实上,锂、钠和钾在极高压力下都会转变为具有极低导电性的同素异形体,其中一些会变得透明,事实上这些同素异形体已经失去了所有金属特征,它们不再是金属了。

什么是同素异形体?

同素异形体是指同样由单一化学元素组成,由于其原子的排列方式不同,而使之拥有了在同一相(固体、液体或气体相)内不同的物理和化学性质的单质。

我们最熟悉的莫过于石墨与钻石了,它们都是碳的同素异形体。石墨很又黑又软,徒手就能掰开,具有良好的导电性;而钻石几乎是世界上最硬的单质,它晶莹剔透,却几乎不导电。总之这一对同胞兄弟反差极大。虽然都是碳,但碳原子间的结合方式决定了石墨与钻石的巨大差异,这与钠及其同素异形体的差异是类似的。

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钻石与石墨晶体结构不同造成了相同元素迥异的形态

对于有些元素,它们的同素异形体尽管相位相同,却有着不同的分子式。比如氧的同素异形体氧气(O₂)与臭氧(O₃),它们都可以以固态、液态和气态存在。而其它一些元素在不同阶段不能保持明显的同素异形体,例如磷(P)具有许多固体同素异形体,当熔化成液态时,它们都恢复到相同的P₄形式。

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