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| Sciscape新聞報導 |
[Jul 18, 2005]
化學：室溫下的液態鈉
編輯 Keelungman 報導 在常壓下，鈉的熔點 371 K（98℃）。但是當壓力增 加到 118 GPa 時（約百萬倍的大氣壓），熔點竟然降到室溫。這實 驗使我們能一窺鹼金族元素其背後複雜的一面。 一般來說，我們常以自由電子模型來分析鹼金族元素的性質，這 是因為它們的價電子只有一個非局域的 s 電子。但是在一些極端的 條件下（如施以高壓），電子結構發生改變，這時候材料將會出現令 人訝異的特殊性質，比方說 鋰在高壓時會展現超導性 。這類奇特的物 性是無法以簡單的自由電子模型來解釋。一組美國的科學家在研究鈉 在高壓下的熔點變化時，也發現到奇特的現象－－壓力升高，熔點反 而下降。 在大部分的材料中，原子間的鍵結會因壓力的增加，而更能抵抗 熱擾動，因此熔點會隨著壓力的增加而上升。相對的，熔點隨著壓力 的升高而下降（或稱為負的熔化曲線）的情況就不是那麼多了。其中 最為人熟知的例子是水－－當冰所受的壓力上升時，熔點會下降，溜 冰手就是利用這樣的原理，用冰刀對腳下的冰製造高壓，熔化出來的 水膜可讓溜冰手溜得更快更平順。 這次的實驗中，科學家們使用 piston-cylinder Mao-Bell diamond anvil cells 設備在高溫高壓的環境進行實驗，同時使用同 步輻射光源對鈉樣品進行繞射測量，觀測其晶體結構與熔化的行為。 在壓力低於 65 GPa 時，鈉固體呈 bcc 結構；壓力高於 65 GPa 時則 轉變成 fcc 結構。當壓力較低時，鈉的熔點隨壓力的增加而升高；壓 力在 31 GPa 時有最高的熔點 1000K。接著當壓力繼續增加時，熔點 反而隨之下降。當壓力到達 118 GPa 熔點降到最低，約 300K 左右。 對於一些鹼土族與比較重的鹼金族元素而言，在高壓之下晶體結 構與熔點的變化常以 s-d 電子軌域轉變的模型來解釋。但是這模型不 足以解釋鋰鈉等較輕的鹼金族元素，因為它們的 d 軌域離 s 軌域太 遠。本實驗的作者們傾向於另一種叫做 Hume-Rothery 模型來解釋鈉 在高壓下的複雜行為。這種模型認為當費米面靠近布里淵區時，壓力 增加會讓兩者之間出現交互作用，導致電子結構的重組與物性的轉變。 就算是看來簡單的材料，在極端的環境下也可能展現出人意表的 行為。這個實驗就是絕佳範例。 參考來源：
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