氫明明是非金屬，可科學家為什麼說木星內部存在液態金屬氫？

氫確實屬於非金屬元素，所謂的金屬氫，只是說氫在某種條件下具有了金屬的性質。

氫屬於非金屬元素

氫元素在元素周期表中排第一，因為它是原子量最小的元素，原子量為1，僅由一個質子和一個電子構成。氫在常溫常壓下為氣體，並且是最輕的氣體，氫氣分子由兩個氫原子構成。在地球上氫通常以化合物的形式存在，比如水，水由兩個氫原子和一個氧原子構成。

     

氫元素總共有三種同位素，分別為氕、氘、氚，。氘的原子核中包含一個質子和一個中子，即原子量為2。氚的原子量為3，原子核中有兩個中子。通常所說的氫就是指的氕，因為它佔自然界中氫的總量的99.98%。

在宇宙中，氫是豐度最高的元素，氦次之。以質量論，在宇宙誕生之初，氫大約佔宇宙中原子總質量的75%，氦大約佔25%。而宇宙中有許多恆星，恆星內部在進行著氫聚變為氦的核聚變反應，隨著時間的增長，氫的比例會下降，氦和其它元素的佔比會上升。木星主要就是由氫和氦構成的，太陽也一樣。

金屬與非金屬的區別

要想弄明白什麼是金屬氫，就要先弄明白金屬和非金屬的區別。金屬和非金屬，我們通常是以它們在物理化學方面的性質差異和原子結構來區分的。

元素周期表中有100多種元素，非金屬元素佔了23種，金屬元素佔了80多種。從元素周期表的界面分布來看，金屬元素主要分布在左下區域，而非金屬元素主要分布在右上區域。在常溫常壓下，除了液態汞，其餘的金屬元素皆為固體；而非金屬元素中除了液態的溴，其餘皆為固體或者氣體。

     

上圖為液態金屬汞

     

上圖為液態非金屬溴

金屬具有金屬光澤和延展性，是熱和電的良導體，密度較大；而非金屬通常是熱和電的不良導體，沒有金屬光澤，密度較小。金屬之所以能導電，是因為金屬內部存在大量的自由電子。

在化學中，我們用元素的原子得失電子的能力來描述其金屬性或者非金屬性的強弱。失電子能力越強的原子，金屬性越強；得電子能力越強的原子，非金屬性越強。氧化還原反應中，一般金屬性越強，還原性就越強；反之，非金屬性越強，氧化性就越強。

元素的金屬性或非金屬性與原子的外層電子有關。除了少數幾種金屬，其餘金屬原子的最外層電子數均小於4，而非金屬元素的原子最外層電子數一般大於4。

實際上，金屬與非金屬並沒有嚴格的界限，在一定溫度或者壓力下會發生相變。比如，錫的同素異形體金屬錫在低溫下會轉變成非金屬形態的灰錫。元素周期表中位於金屬和非金屬交叉區域的元素又被稱之為類金屬（準金屬或半金屬），它們通常是半導體，包括矽、鍺、砷、銻等元素。

     

金屬氫僅存在於超高壓環境下

導電性和金屬光澤是區分金屬和非金屬的重要性質之一。當氫在某種條件下具有金屬屬性時，便稱之為金屬氫。

早在1934年，科學家就從理論上預測，作為主族元素的氫，在極端條件下會表現出金屬性質。要想產生金屬氫十分困難，因為氫在大約500萬倍標準大氣壓的壓力下才能轉變為金屬氫，要在地球上的實驗室中產生如此高的壓力很不容易。

     

上圖展示了固態氫轉變為固態金屬氫的相變過程

當氫被壓縮時，會由氣態轉變為液態，繼續施壓就轉變為固態，進而形成金屬氫。在普通狀態下，兩個氫原子通過共用電子形成氫分子。在超高壓環境下，固態氫中的氫分子結構被破壞，轉變為由氫原子構成的金屬結構。簡單來說，就是在極端條件下，共價鍵轉變成了金屬鍵。此時，固態氫中形成了大量的自由電子，已經具有了導電性，金屬結構還使氫具有了金屬光澤，因而被稱之為金屬氫。

金屬氫已經不是通常意義下的物質，而是屬於簡併態物質。由於原子之間的距離被大大的壓縮，金屬氫的密度比普通氫的密要高上許多倍，與液態水的密度差不多，大約為一克每立方釐米。

金屬氫有液態和固態之分，液態金屬氫中的質子沒有晶格次序。科學家們在地球上製造的金屬氫就屬於固態金屬氫。液態金屬氫的存在條件比固態金屬氫更為苛刻，不僅需要更強的壓力，還需要極高的溫度。

     

金屬氫由質子和電子緊密結合而成，具有高密度的特點，蘊含著很大的能量。不過，由於金屬氫的存在條件極為苛刻，目前看來應用前景十分渺茫。

木星內部壓力極大，溫度極高

木星是太陽系內質量和體積最大的行星，是其他七大行星的質量總和的2.5倍，屬於氣態巨行星。土星、海王星和天王星也屬於氣態行星。雖然木星被叫做氣態行星，但木星的內核仍然是固態的。木星主要由75%的氫和25%的氦構成，在超強的引力作用下，內部壓力極大，完全能夠存在金屬氫。土星作為太陽系內第二大行星，與木星極為相似，內部也存在液態金屬氫。

木星的結構由外到內依次為：氣態氫、液態氫、液態金屬氫、固態巖石內核。

     

木星內部的金屬氫之所以是液態的，是因為木星內部壓力極高，是地球大氣壓的幾千萬倍，並且木星內部的溫度高達上萬攝氏度。在這種條件下，金屬氫只能以液態形式存在。