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不只是氫氣　鈉塊爆炸的真相

鈉金屬會浮在水上，並與水反應生成氫氣、放出高熱；庫倫爆炸則會讓鈉金屬碎成小塊，進一步加劇反應。

　即使沒有親手玩過，你也可能看過有人將鈉金屬塊丟到水中的影片，不一會，水中就冒出白煙與火光，進而發生爆炸。比較冒險犯難的實驗家，還會將整塊鉀丟進湖水或游泳池中，引發更劇烈的大爆炸。

科學家懷疑，鈉金屬接觸水生成的氫氣會阻隔鈉與水繼續反應，不大可能發生爆炸。

氫氣降低反應速度

　這些經典的演示實驗，是想要向學生們展示「鹼金屬」遇水則發的特性。鹼金屬是一群遇到水會反應形成氫氧根，因為讓水溶液變成鹼性而得名的金屬。

　以鹼金屬家族中較穩重的鈉為例，它遇到水就會產生氫氣和氫氧化鈉，同時放出高熱；產生的氫氣緊接著被高熱點燃，伴隨而來的就是濃煙和巨響。

　雖然化學原理十分簡單，不過，數十年來，化學家始終對這個理論抱持懷疑。這是因為化學反應如果要產生戲劇化的爆炸效果，需要反應物彼此均勻混合，才能提高反應的速率。

　不過，當整塊鈉金屬放入水中時，初步產生的氫氣，會在鈉跟水之間形成隔絕層，暫緩了反應繼續發生，也減緩放熱的速度。也就是說，如果只考慮鈉接觸到水的作用，那麼不大可能發生爆炸，取而代之的，應該是氫氣緩慢的產生。

鈉金屬是柔軟、活性高的元素。

同性相斥連鎖反應

　被這個問題困擾許久的捷克化學家菲利普．梅森，決定動手解開這個危險的難題。基於常用的塊狀鈉金屬產生的反應劇烈程度並不穩定，於是梅森的團隊改用鈉與鉀的液態合金，便於滴入水中，進行好控制的反應。

　在慢動作攝影下，實驗揭露出許多驚人的細節：在初始的零點幾毫秒內，水中的合金像刺蝟一樣，快速向外張開尖刺狀結構；同時，周圍的水被暈染成藍紫色。

　這謎樣的藍紫色，其實是溶在水中的「自由電子」。鹼金屬家族的共同特徵，是在原子的最外層只有一顆電子，這顆電子十分狂放不羈。

　透過電腦程式模擬，研究團隊發現，當合金接觸到水時，外層的電子會馬上衝出去和水反應形成氫氣。這時因為帶負電的電子跑走了，留下許多帶正電的陽離子；在「同性相斥」情況下，陽離子受不了彼此，紛紛彈開，於是整塊合金向外炸開。

　由於這種爆炸並非一般激烈化學反應產生的爆炸，而是由相斥的電磁力引發的「物理爆炸」。科學家在電荷的標準單位叫做庫侖，而電磁力又稱庫侖力的考量下，就稱呼這種爆炸叫做「庫侖爆炸」。

鈉原子碰到水後，電子會馬上跑去跟水反應，留下帶正電的鈉離子會「同性相斥」而彈開，形成「物理爆炸」。

核爆威力其來有自

　透過這些觀察，鈉遇水爆炸的情況就明朗了：第一波的化學反應其實只產生少量氫氣，不過庫侖爆炸的效果讓鈉金屬向外噴射，產生尖刺狀的結構；這個過程在零點幾毫秒內，大幅增加鈉與水的接觸面積，開啟新一波的化學反應，產生更多氫氣、更多庫倫爆炸。如此產生一系列的連鎖效應，才會有我們看到的劇烈爆炸。

　儘管將鈉塊丟入水中已經效果十足，但庫侖爆炸的威力其實遠不只如此！在鈾-235的核爆中，大概有百分之八十的威力，正是來自核裂變產物之間的庫侖斥力。因此某種程度上，原子彈也可以算是一顆庫侖炸彈！