黃金，一直以來都是「惰性」的代名詞——它幾乎不與任何物質反應，正因如此才能歷經千年依然閃耀。然而，美國 SLAC 國家加速器實驗室的一項意外發現，徹底改寫了我們對黃金的認知。科學家在模擬行星核心環境的高壓高溫實驗中，意外讓黃金與氫原子結合，誕生了史無前例的固體化合物——氫化金。這不僅挑戰了化學課本，也可能為探索宇宙與開發新材料揭開新篇章。
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黃金的化學惰性：永恆與不反應的象徵
自古以來，黃金便象徵著財富與永恆，其中一個原因正是它幾乎不參與化學反應。黃金對氧氣、水以及大多數物質都無動於衷，不易生鏽或腐蝕，因此能長久保存並被用作貨幣與價值儲存手段。在化學領域中，黃金被歸類為「極不活潑」的金屬之一，幾乎不與其他元素形成化合物。
挑戰不可能：氫化金的誕生
然而，美國 SLAC 國家加速器實驗室的研究團隊在一次極端條件的實驗中，意外促成了黃金與氫原子結合，創造出前所未見的固體「氫化金（gold hydride）」。這一發現打破了人們對黃金惰性的認知，也揭示了極端壓力與溫度可能觸發的新化學行為。
高壓高溫實驗：從鑽石到新物質
研究團隊原本的目標是觀察碳氫化合物在超高壓與高溫下轉化為鑽石的過程。他們將嵌入金箔的碳氫化合物樣品放入溫度逾 1,900°C、壓力達數百萬倍大氣壓的特製「壓力鍋」，並以歐洲 X 射線自由電子雷射（XFEL）進行加熱與觀測。
除了如預期般見到鑽石結構的生成，團隊意外發現氫原子與金箔發生反應，形成穩定的氫化金訊號。更令人驚訝的是，氫在此環境中呈現「超離子」狀態，自由穿梭於金的晶格之間，使氫化金的導電性顯著提升。
極端條件下的化學新規則
在常溫常壓下，氫化金幾乎不可能穩定存在。但在極端壓力與溫度下，傳統化學規則似乎被改寫，讓黃金這種惰性金屬也能與氫結合。研究顯示，當壓力進一步升高，金的晶格甚至能容納更多氫原子，可能形成更複雜或性能特殊的化合物。
觀察緻密氫的新途徑
由於氫是極輕且散射 X 射線能力極弱的元素，一直難以直接觀測。然而，氫化金的結構使科學家能透過金的晶格間接追蹤氫的行為。這為研究行星內部的緻密氫提供了新方法，尤其是在木星、土星等巨行星或恆星核心這類極端環境中。
從實驗室到宇宙的啟示
氫化金的發現不僅是材料科學的一大突破，也可能推動天文與地球科學的進展。它能幫助我們模擬外星行星內部的物質狀態，甚至提供理解恆星內核融合過程的新線索。未來，這項技術與模擬方法還可能應用於聚變能源研究，為清潔能源的開發提供助力。
探索新化學的未來可能
SLAC 團隊的成果證明，在極端條件下，溫度與壓力的影響足以與傳統化學定律競爭，催生出全新的化合物與奇異相態。除了氫化金之外，這套實驗與模擬框架也能延伸至其他元素與材料，開啟一條探索未知化學領域的新途徑。
參考資料
- 本想研究碳氫化合物如何變鑽石，科學家意外合成極端材料「氫化金」
- SLAC researchers forge unprecedented gold compound at extreme heat and pressure
（首圖來源：SLAC 國家加速器實驗室）
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