氢是金属吗？

然后是氢，一种无色无味的气体。至少乍一看，它并不是一种暗示金属性质的元素。然而，自19世纪末以来，物理学家们一直认为金属氢可以在特定条件下产生

这些理论之所以受到关注，部分原因是在整个太阳系中都发现了金属氢。例如，木星内部被认为是金属氢；气态巨行星内部的强大压力将气体挤压成超导金属，从而产生行星的强磁场。但在地球上，实验上的困难使金属氢在近一个世纪以来一直难以捉摸

1935年，物理学家尤金·维格纳（Eugene Wigner）和希拉德·贝尔·亨廷顿（Hillard Bell Huntington）在《化学物理杂志》上发表了一篇论文，提出氢在高压下可能是金属的。他们假设这将在25千兆帕（GPa）下发生；海平面大气压力的250000倍 

爱丁堡大学研究极端条件的物理学教授Eugene Gregoryanz告诉《现场科学》：“事实上，它要高得多。”。Wigner和Huntington的预测是达到金属状态所需高压的下限，他说

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多年来，几个研究小组声称已经创造了金属氢，但他们的结果却被糟糕的测量所解释。哈佛大学2017年发表在《科学》杂志上的一项研究声称，他们以495GPa的速度制造了金属氢，但由于担心他们如何校准压力测量值、他们将观测结果与模型进行比较以及缺乏再现性，这项研究引发了怀疑和争论。Gregoryanz说：“只有四张用iPhone拍摄的照片。”

2019年发表在《自然物理学》杂志上的一项研究报告了350 GPa的半金属氢

研究合著者、德国马克斯·普朗克化学研究所高压物理、化学和材料科学实验科学家Mikhail Eremets告诉《现场科学》：“我们对它进行了巨大的挤压，体积几乎是它的20倍。”。这些高压实验只有在金刚石砧座单元的产生后才成为可能

使用这种技术，将致密的氢气或液态气体装入一个小罐中，并在两颗已知最硬的钻石之间挤压。尽管氢只有一个电子，但当两个氢原子被两个不成对的电子结合在一起，形成共价键时，它会自然形成H2。当氢分子被压缩时，两个原子之间的力就像弹簧一样开始振动。这些振动的频率上升，意味着原子之间的距离越来越近

在这一点上，原子之间的距离很小，以至于分子转变为固体氢。1979年，在5.5GPa的压力和略高于室温的温度下实现了氢气的固态

但如果科学家加大压力，一旦压力超过33GPa，就会发生一件奇怪的事情：频率开始降低，这意味着原子正在相互远离

1980年发表在《物理评论快报》杂志上的一项研究观察到了这种影响。研究人员计算出，如果压力继续增加，氢原子之间的键最终会断裂，形成一种单价或最外层电子的纯碱金属。碱金属结合成固体，并共享它们的价电子来导电。Gregoryanz在一封电子邮件中告诉Live Science，另一方面，氢原子会自然形成H2分子，H2分子是化学中键最强的分子之一。只有高压&mdash；比如超过33 GPa；或者低温可以破坏这种结合以产生碱金属。碱金属，如锂和钠，位于元素周期表的第一族，就在氢的正下方。它们与水反应形成强碱

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40多年后，这项工作进展缓慢。“这真的很难进行实验，”Eremets说，因为钻石有时会断裂，无法达到最高压力，或者无法对只有几微米的微小样本进行测量

Gregoryanz说，即使如此，固体金属氢可能也不远了。他的研究小组和其他人观察到氢样品变暗，这表明“带隙”正在缩小。带隙是导带和价带之间的空间。卡尔加里大学的《能源教育百科全书》称，在传导区，电子自由移动并产生电流

在金属中，导带和价带之间的空间重叠并产生导电性

Gregoryanz说：“这种金属态的性质……我认为比金属本身更有趣。”。一个想法预测氢将是液态的金属形式，可能是超导体

Eremets说，新型超导体很重要，因为电流选择很脆弱，只能在极低的温度下工作。超导体对于计算机芯片和MRI机器等现代技术至关重要