液體碳是存在的
碳的各種同素異形體的物理特性差異極大,例如鑽石是最堅硬的天然物質,而石墨則是最柔軟的物質之一。在標準大氣壓下,碳沒有熔點,而是會在3,900K左右昇華-變成氣態。
下圖是經理論推測的碳相圖,碳的三相點位於10.8+-0.2MPa(約100個大氣壓)、4600+- 300K(約4,330°C),這是能轉換成液態碳的最低壓強和溫度。
上面是理論推測,不過科學家確實已經實現了液態碳,下面是相關新聞:
如果融化鑽石會怎樣?沒有人知道,因為沒人能做到。儘管碳具有“生命要素”的地位,但其液態仍然是個謎。現在,來自加州勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室的科學家預測,碳不僅具有一種液態,而且具有兩種液態。
好吧,也許我們不應該太驚訝。碳的兩種固態是眾所周知的,並且完全不同。一種是鑽石-最硬的所有材料,並以其晶體的光彩而受到重視。另一個是石墨-暗淡和黑色,柔軟到足以在手指上擦掉。兩者之間的差異全都取決於碳原子形成的化學鍵的種類,看來這也正是區分這兩種假定的液態碳的原因。
在鑽石中,每個碳原子都與四個碳原子相連,這些鍵形成了一個龐大的網路的支柱,這些網路像攀爬架一樣在太空中延伸。另一方面,在石墨中,每個原子僅與另一個原子形成三個結合,因此它們像鐵絲網一樣被連線成六邊形薄片。在其他形式的碳中也發現了這種圖案,例如菸灰(其中的粒子大部分是無序排列的類似石墨的碳碎片的簇)。由於薄片之間沒有牢固的結合,因此它們可以相互滑動,從而使石墨柔軟而易碎。不同的粘結方式也使石墨導電,而金剛石是絕緣體。
問題是如果碳融化這些鍵會發生什麼,碳熔點高得離譜-大約四千五百攝氏度。在此溫度下進行任何型別的測量都非常棘手。
儘管如此,1997年日本大阪大學的Motohiro Togaya將大量電荷釋放到石墨棒中來嘗試融化碳。電子的“閃光加熱”瞬間將溫度提高到數千度,而Togaya能夠在再次冷卻之前短暫地瞥見熔融碳。他還能夠測量液體的電導率,發現在高壓(大約五萬個大氣壓)下,電導率突然改變了,這表明液體的結構可能在這裡改變。
幾乎所有液體都只有一種結構-一種相當混亂的結構,就像繁忙的火車站中湧動的人群。但是有些液體似乎很特殊,有兩種不同形式的無需排列:兩種形式的相同液體,密度不同。多數情況下,這是針對相當奇特的物質提出的:液態硫、鎵、碲和銫。但是人們也認為水是可行的,而Togaya的工作也增加了碳的可能性。
現在,由勞倫斯·利弗莫爾的James Glosli和Francis Ree的《物理評論快報》6月7日出版的液態碳的計算機模擬為這種想法提供了進一步的支援。如果您不能輕鬆地生成真實液態碳的樣本,那麼下一個最好的事情就是檢視它的計算機模型。Glosli和Ree發現,他們的模擬預測了兩種液態碳-一種密度高於另一種液態碳-從20,000個大氣壓下的5,000度到更高的壓力下的近9,000度。
液態碳的高密度形式就像一顆亂成一團的鑽石-大多數原子有四個鄰居,但是它們沒有像在鑽石中那樣規則排列。同時,低密度形式根本不像石墨,而是主要包含碳原子,該碳原子僅以鏈狀結構中的兩個原子相連:形狀類似麵條。
液體碳是存在的
碳的各種同素異形體的物理特性差異極大,例如鑽石是最堅硬的天然物質,而石墨則是最柔軟的物質之一。在標準大氣壓下,碳沒有熔點,而是會在3,900K左右昇華-變成氣態。
下圖是經理論推測的碳相圖,碳的三相點位於10.8+-0.2MPa(約100個大氣壓)、4600+- 300K(約4,330°C),這是能轉換成液態碳的最低壓強和溫度。
上面是理論推測,不過科學家確實已經實現了液態碳,下面是相關新聞:
如果融化鑽石會怎樣?沒有人知道,因為沒人能做到。儘管碳具有“生命要素”的地位,但其液態仍然是個謎。現在,來自加州勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室的科學家預測,碳不僅具有一種液態,而且具有兩種液態。
好吧,也許我們不應該太驚訝。碳的兩種固態是眾所周知的,並且完全不同。一種是鑽石-最硬的所有材料,並以其晶體的光彩而受到重視。另一個是石墨-暗淡和黑色,柔軟到足以在手指上擦掉。兩者之間的差異全都取決於碳原子形成的化學鍵的種類,看來這也正是區分這兩種假定的液態碳的原因。
在鑽石中,每個碳原子都與四個碳原子相連,這些鍵形成了一個龐大的網路的支柱,這些網路像攀爬架一樣在太空中延伸。另一方面,在石墨中,每個原子僅與另一個原子形成三個結合,因此它們像鐵絲網一樣被連線成六邊形薄片。在其他形式的碳中也發現了這種圖案,例如菸灰(其中的粒子大部分是無序排列的類似石墨的碳碎片的簇)。由於薄片之間沒有牢固的結合,因此它們可以相互滑動,從而使石墨柔軟而易碎。不同的粘結方式也使石墨導電,而金剛石是絕緣體。
問題是如果碳融化這些鍵會發生什麼,碳熔點高得離譜-大約四千五百攝氏度。在此溫度下進行任何型別的測量都非常棘手。
儘管如此,1997年日本大阪大學的Motohiro Togaya將大量電荷釋放到石墨棒中來嘗試融化碳。電子的“閃光加熱”瞬間將溫度提高到數千度,而Togaya能夠在再次冷卻之前短暫地瞥見熔融碳。他還能夠測量液體的電導率,發現在高壓(大約五萬個大氣壓)下,電導率突然改變了,這表明液體的結構可能在這裡改變。
幾乎所有液體都只有一種結構-一種相當混亂的結構,就像繁忙的火車站中湧動的人群。但是有些液體似乎很特殊,有兩種不同形式的無需排列:兩種形式的相同液體,密度不同。多數情況下,這是針對相當奇特的物質提出的:液態硫、鎵、碲和銫。但是人們也認為水是可行的,而Togaya的工作也增加了碳的可能性。
現在,由勞倫斯·利弗莫爾的James Glosli和Francis Ree的《物理評論快報》6月7日出版的液態碳的計算機模擬為這種想法提供了進一步的支援。如果您不能輕鬆地生成真實液態碳的樣本,那麼下一個最好的事情就是檢視它的計算機模型。Glosli和Ree發現,他們的模擬預測了兩種液態碳-一種密度高於另一種液態碳-從20,000個大氣壓下的5,000度到更高的壓力下的近9,000度。
液態碳的高密度形式就像一顆亂成一團的鑽石-大多數原子有四個鄰居,但是它們沒有像在鑽石中那樣規則排列。同時,低密度形式根本不像石墨,而是主要包含碳原子,該碳原子僅以鏈狀結構中的兩個原子相連:形狀類似麵條。