首次拍摄到原子如何形成水的过程

化学课上,我们几乎首先听到的就是“氢气 + 氧气 = 水”的公式。然而,这一过程到底是什么样的,至今仍大多隐秘不明。在美国伊利诺伊州的西北大学,科学家首次拍摄到了纳米尺度下水的化学反应过程。在视频中可以看到,氢原子和氧原子如何结合形成细小的水泡。这个过程是通过透射电子显微镜(TEM)观察和记录下来的。科学家们为了能够孤立地观察这一化学反应,开发了蜂窝状的纳米反应器,这些反应器被超薄的玻璃膜包裹着。

在其中放置了钯。这种稀有的金属以其在水分子形成中的催化作用而闻名。随后,引入了气体——首先是氢气。氢原子小到可以进入钯中,并挤在钯原子之间。这使得金属膨胀。下一步是在纳米反应器中引入氧气。随后,氢原子从钯中出来,与氧原子反应。此时,金属又缩回到最初的大小。这一过程的结果是在钯的表面形成了纳米大小的微小水泡。科学家猜测,这可能是迄今为止拍摄到的最小的水泡。本次实验的发现可能彻底改变水的生产方式。

特别是在航天领域,利用气体和金属催化剂生成水可能扮演关键角色。本过程的一个优势在于,稀有且昂贵的金属钯不会被耗尽。它只是作为催化剂,可以反复使用。科学家表示,未来基于他们的发现,也许可以为宇航员生产饮用水。