“點石成金”，如何做到的呢？

純水無疑是幾乎完美的絕緣體——可以說，在我們的印象中，水是與導電的金屬“絕緣”的。但事實上，包括水在內，很多物體在足夠大的壓力條件下，都可以轉化成導體，從而呈現特殊的金屬性質——在高壓下，原子或分子被擠壓并共用電子，這些自由移動的電子就讓絕緣材料擁有了導電性。

但問題是，這個轉變過程需要的壓力非常高。對于純水而言，需要在4800萬個大氣壓下，它們才有可能轉化為導體。的確，這樣的極端壓力可以存在于大質量行星的內部。例如，科學家預測，在太陽系行星中，只有木星內部的壓力足以讓水金屬化。但在地球的實驗室里，如此高的壓力顯然是無法企及的。根據近期的研究結果，目前最高的實驗壓力也只能使純水呈現超離子態，具備質子導電性；但不能呈現出具備電子導電性的金屬態。

不過，就在近期發表于《自然》雜志的一項研究中，一支國際合作團隊另辟蹊徑，他們繞開了高壓條件，首次在實驗室里使原本絕緣的純水轉變成金屬。

在純水中，水分子由氫鍵連接，因此其價電子穩定，不易移動。為了產生能移動的自由電子，研究團隊想到了一個方案——向堿金屬“借”電子。

我們都知道，由鋰、鈉、鉀、銣、銫和鈁組成的堿金屬家族很容易丟失最外層唯一的一個電子。如果大量來自堿金屬元素外層的電子混入水分子中，這些可移動的電子就會形成導帶，從而使水分子具有導電性。

這個方案聽起來并不復雜，但要實現這一點，首先要解決的就是堿金屬遇水爆炸的問題。中學化學課本就已經介紹過，鈉等堿金屬投入水中之后，會立即燃燒、發生爆炸性的化學反應。對此，研究團隊的解決思路是，不再簡單地將堿金屬扔進水里，而是將少量水分子沉積在堿金屬表面上，盡可能減少堿金屬與水的化學反應。

為了實現這一目標，研究團隊選用的是堿金屬鈉、鉀的合金，這種合金在室溫下呈液態。他們將裝有鈉鉀合金液體的注射器放在一個真空容器中，在注射器的針尖處，鈉鉀合金液滴逐漸長大，最終滴落。在液滴長大的同時，研究者通過另一通道向容器中注入一定壓力的水蒸氣，其在不斷長大的液滴表面凝結、沉積，形成薄薄的吸附層。而整個實驗裝置中的水蒸氣壓力只有10-4mbar，相當于10-7個大氣壓。

這時，吸附層的水分子就能“偷”走堿金屬的電子——換句話說，堿金屬外層電子和金屬離子向水分子內遷移，這些自由電子就能在水分子內形成導帶。而確保這一反應持續進行的關鍵因素在于，電子和離子的遷移速率需要遠遠高于水分子層在合金表面沉積的速率，從而抑制堿金屬與水之間激烈的化學反應。

在實驗容器內，堿金屬液滴在吸附了水分子之后，出現了一系列精彩絕倫的變化。純的鈉鉀合金液滴呈銀色，當容器內的水蒸氣壓力達到10-4mbar時，水分子開始在合金液滴表面吸附。此時，液滴表面會立刻變成具有金屬光澤的金色并維持大約5秒——這樣的金屬光澤很可能是水中的自由電子反射可見光而產生的。隨后，伴隨著水分子吸附層的增長，液滴依次呈現出深紅褐色、紫色或藍色、白色，最終失去其金屬光澤。整個過程持續10秒，液滴逐漸長大，當直徑約5毫米時便從注射器口滴落下來，新的液滴隨之源源不斷地流出。

當然，對于研究團隊來說，肉眼觀察到金屬光澤只是第一步，他們還需要通過現代儀器證明這一點。得益于水中自由移動的電子，金屬水能維持長達幾秒的時間，這足以使研究人員借助譜學手段證實水分子吸附層的金屬性。其中，他們在反射光譜中觀察到了對應金屬特征的吸收峰（400-600nm）；而在同步輻射X射線光電子能譜中，無論是等離子體振動的能量（2.7eV）還是導帶（1.1eV禁帶寬度），都呈現出只有金屬材料才具備的特征。這些測量結果共同說明，在這項實驗中，水的確轉變成了金屬。

這項新的研究成果突破了極端壓力的條件限制，使在地球上制備金屬水成為可能。論文的通訊作者Pavel Jungwirth表示，觀察到金屬水是他的學術生涯的高光時刻。牛津大學的化學家Peter Edwards評論稱，此研究工作是重要的科學進展，這突破了人類對于水的認知：誰能想到水還能呈現金色的金屬光澤呢？