顛覆百年化學常識 固體「氫化金」問世

Tzuyu

媒體來源:大紀元新聞網
原文網址:https://www.epochtimes.com/b5/25/8/15/n14573896.htm
 
美國能源部旗下SLAC實驗室與其它國際最近做出固態「氫化金」。（shutte圖為金塊。(PARK JI-HWAN/AFP)

更新 2025-08-15 9:56 AM

【大紀元2025年08月15日訊】（大紀元記者吳瑞昌綜合報導）過往，黃金被視為地球上最穩定的物質之一。不過，國際頂級研究團隊在一次極端特殊的實驗中，意外看到金與氫融合後產生新性質。這項發現不僅為理解行星、恆星內部的核融合等極端環境提供新視角，也為探索新材料鋪平道路。

金是活性最低的金屬之一，它與氫的相互作用最近才被深入研究和關注。雖然有機金屬化學的最新發展已經成功合成了氫配合物，但大部分都是在氣相或液態氦溫度（-269°C）下進行。由於金與氫在常溫常壓下無法形成固態的氫化金，而且科學界對其特性所知甚少。

美國能源部旗下的（DOC）SLAC國家加速器實驗室（SLAC National Accelerator Laboratory）科學家，在研究極端高壓高溫下鑽石的形成過程時，意外地合成了自然界不存在的固體「氫化金」，它是一種完全由金和氫原子組成的化合物。

此發現挑戰了黃金作為目前已知最惰性金屬之一的傳統認知，並為研究「緻密氫」打開了新途徑，有助於科學家理解行星內部結構與核聚變（核融合）過程，也為發覺新材料鋪平道路。這項研究結果於8月4日發表在《應用化學國際版》上。

實驗過程中，研究人員正在研究碳氫化合物（由碳和氫組成的化合物），在極高的壓力和高溫下形成鑽石需要多長時間。他們將碳氫化合物樣品擠壓到40 GPa以上時（比地函內部壓力更大），並用X射線脈衝反覆撞擊樣品，使樣品加熱超過1700°C（3500°F）。

研究團隊透過分析了X射線的散射圖譜，來解析樣品內部的結構變化。結果如研究團隊預期的那樣，散射圖案顯示碳原子形成了鑽石結構。不過，令研究團隊驚訝的是，氫原子竟與作為容器的金箔發生反應，形成了一種固態的氫化金。

氫是最輕的元素，其散射X射線的能力較弱，因此用X射線難以進行研究。然而，研究人員觀察到，在這種極端條件下氫會進入一種緻密的「超離子」狀態，讓原本穩固的金原子晶格變成六方最密堆積（hcp）結構，從而讓氫原子能自由穿梭其中，變成一種氫金化合物。

此外，電腦模擬還表明，在更高的壓力下會有更多的氫融入金的晶格中。不過，他們發現這種氫化金只能在極高的壓力和溫度下，才能形成穩定的氫化物，若溫度冷卻金和氫就會分離，而金的晶格也會恢復成原本的立方晶系（fcc）狀態。

研究人員指出，氫化金的出現，提供他們一種研究緻密原子氫的獨特方法，包括有助深入理解宇宙中那些由緻密氫構成的行星，或洞悉像太陽恆星內部的核聚變過程提供新見解。

他們還表示，這項研究不僅為研究緻密氫鋪平了道路，也為探索奇異的、先前未知的化合物提供了途徑。同時開闢了高壓化學的新領域，並啟發科學家在地球研發出可行的核聚變技術。

領導這項研究的SLAC研究員蒙戈·弗羅斯特（Mungo Frost）對SLAC實驗室的新聞室表示，「我們可以用金晶格來觀察氫的行為。這結果很出乎意料，因為黃金的化學性質通常非常平淡且不活潑，這就是為什麼我們在這些實驗中用它作為X射線吸收劑。」

他接著說，「不過，結果表明在極端條件下，當溫度和壓力的影響開始與傳統化學反應競爭時，就可能會產生許多新的化學反應，從而形成這些奇異的化合物。」

「重要的是，我們能透過實驗和模擬工具，模擬特殊材料在極端條件下的狀態，是否擁有其它特殊的性質。」此模擬框架還可以擴展到金氫化物之外，SLAC高能密度部門主任、光子科學教授、該研究的首席研究員齊格飛·格倫澤（Siegfried Glenzer）說。

該研究由一個龐大的國際團隊共同完成，包括來自德國羅斯托克大學（Rostock University）、德國電子同步加速器中心（DESY）、歐洲X射線自由電子雷射裝置公司（European XFEL）、德累斯頓-羅森多夫亥姆霍茲中心（Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf）、法蘭克福大學（Frankfurt University）、拜羅伊特大學（Bayreuth University）。

另外，還包含英國愛丁堡大學（University of Edinburgh）、美國卡內基科學研究所（Carnegie Institution for Science）、美國斯坦福大學（Stanford University）和斯坦福材料與能源科學研究所（SIMES）的研究人員，且部分工作得到了美國能源部（DOE）科學辦公室的支持。

責任編輯：林妍#
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感想:在極端的條件和環境下，才有機會產生一般在自然界難以發現的化合物。

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酷喔!  金屬與氣體結合, 長知識了.

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常常改變人類史的發現，都在一次次意外間

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氫與金（Au）之間的鍵結確實屬於相當不尋常的情況。讓我分幾個層面來說

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1. 金–氫鍵的性質
        •        在一般常溫常壓下，氫與金之間的作用主要是 弱的金屬–氫相互作用，類似氫吸附在金屬表面的情況，不會形成穩定、獨立的化合物。
        •        氫與金的電負度差異不大（Au: 2.54, H: 2.20），因此很難形成強烈的離子鍵或穩定共價鍵。

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2. 高壓下的穩定性
        •        在極端 高壓高溫條件下，氫可以被「擠進」金晶格中，形成類似 金–氫化物 (AuHₓ) 的相。
        •        這些相在實驗上確實被報導過，例如在高壓合成實驗中，金可以與氫形成結晶相，並經由 X 射線繞射確認其結構。
        •        不過，這些金氫化合物往往在降壓回常壓時迅速分解，因此只能算是 高壓下的亞穩定化合物。

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3. 是否算是「化合物」？
        •        狹義化合物：在常壓下能分離、保存，並具有固定組成與結構。以這標準來看，金–氫鍵的存在太不穩定，幾乎不能算真正的化合物。
        •        廣義化合物（高壓化合物）：現代固態化學承認，在極端條件下合成並確定結構的物質，也可以稱為化合物（例如金氫化物、鈉氯在高壓下的新相 NaCl₃、Na₃Cl）。

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結論：
氫化金在 常溫常壓下不是穩定的化合物，但在高壓高溫條件下確實能形成結晶結構，因此學術界仍將其歸類為「高壓化合物」。

zebron

金氫化物與宇宙的迴響

在地球上，金向來象徵恆久與穩定。人們以為，它是最不願與他物牽手的元素，冷靜而孤傲。
然而，當金被推入極端高壓與炙熱的深淵，它竟然與氫這最輕盈的元素相擁，形成了前所未見的化合物。

這一幕，不僅是實驗室中的奇蹟。它彷彿為我們打開了一扇通往宇宙深處的窗口。
在行星的核心，在恆星的腹腔，氫與重元素在壓力的煎熬下，可能早已編織出無數未知的結構。金氫化物，不過是其中的一個片段。

更令人動容的是氫的狀態。在金的晶格中，氫並非乖順的乘客，而是化身為「超離子」的遊魂，自由流動，宛如液體。這樣的姿態，或許正是巨行星磁場與能量傳輸的秘密所在。

宇宙初成之時，氫與重元素在火焰與壓力中交織。今日我們在實驗室中捕捉到的金氫化物，宛如遠古星辰的低語：
在極端環境裡，沒有元素是真正孤立的。
而宇宙的秩序，正是從這些奇異的結合中誕生。

金與氫，輕與重，固與流。
它們的相遇，是科學的發現，也是詩意的啟示。

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