這是化學課上的經典演示反應：取一小塊金屬鈉或金屬鉀放入水中，就能看到如「爆炸」一般劇烈反應的現象。雖然一代又一代的學生都看過這個反應，甚至在實驗室中親自操作過，但此前人們對這個反應機理的理解卻並不完善。
近期，發表在《自然·化學》(Nature chemistry)期刊上的一篇研究論文澄清了人們此前對這一反應現象的誤解。
金屬鈉與水的反應
論文作者帕維爾·瓊沃思(Pavel Jungwirth)等人指出，鹼金屬遇水發生爆炸並不僅僅是因為反應中釋放出了氫氣。當然，最終結果確實是這樣，但是在反應剛開始的階段還有更加奇怪的事情：電子急速外流，在電斥力的驅動下鹼金屬也會隨之發生「爆炸」。
神經科學家、作家奧利佛·薩克斯(Oliver Sacks)同時也是一個化學愛好者，他在著作《鎢舅舅》(Uncle Tungsten)中，將這一現象描述為「具有復仇之魂的化學反應」：一個小男孩和他的朋友們從當地化學用品供應商那買到一小塊金屬鈉，並丟入了位於北倫敦的海格特池塘，鈉塊瞬間著火，像一顆失控的流星一般在水面一圈又一圈的跳躍，表面還帶有一大團黃色的火焰。
鈉是一種銀白色的金屬，室溫下較軟，與水接觸時便生成氫氧化鈉和氫氣，而鉀遇到水時的反應更加劇烈。這些反應會釋放出大量的熱，因此之前人們總會理所當然地認為燃燒和爆炸都源自氫氣被點燃的過程。
瓊沃思指出，要發生劇烈程度足以產生爆炸的化學反應，前提條件是反應物之間要迅速、高效地混合，然而在鹼金屬與水反應時，迅速生成的氣體應該會形成一層「氣體膜」，包覆在鹼金屬表面，將鹼金屬與水隔絕開。
這種情況下，沒有了水的接觸就斷絕了氫氣的「來源」，反應應該趨於逐漸減緩，但我們看到的現象卻並非如此。
瓊沃思的同事菲利普·梅森(Philip Mason)決定通過實驗找出爆炸的真實原理。在開始的實驗中，他使用了固體的金屬鈉，不過有時候金屬鈉的表面會在空氣中被氧化，被氧化的部分遇水並不會發生非常劇烈的反應。為了更好地觀察劇烈的「爆炸」反應，梅森最終使用了一種在室溫下為液態的鈉鉀合金進行實驗。
藉助高速攝像機，研究者們得到了反應初期具體機制的線索。他們發現，在鉀鈉合金液滴從注射器滴入水中後不到1毫秒的時間內，反應便開始了。在短短的0.4毫秒後，合金液滴表面就開始向外噴射，形成「尖刺」狀。
這個「爆炸」過程發生得實在太快了，因此它不可能是由反應放熱引發的。更重要的是，高速攝影機拍到的影像顯示，在0.3~0.5毫秒之間，在這個帶有「尖刺」的金屬液滴周圍，局部水溶液呈現出了深藍色和紫色。
實驗中拍攝到的鈉鉀合金液滴入水時的變化，右側為作為對照的水滴
瓊沃思的同事弗蘭克·尤利格(Frank Uhlig)利用計算機模擬了由19個鈉原子組成的原子簇的反應，在此之後，上述現象背後的原因終於得以顯現：這些原子簇表面的鈉原子會在幾皮秒(10-12秒)的時間內就失去一個電子，而這些電子會跑到周圍的水裡面，並被水分子包圍，形成「溶劑化電子」(Solvated electron)。
溶劑化電子是自由電子「溶解」於溶液中的一種現象，電子與周圍的溶劑分子形成平衡態構型的定域化電子。這種現象時常發生，但持續時間很短，難以被直接觀察到。鹼金屬與水反應時，電子濃度偏低則呈現為深藍色，電子濃度偏高(>3mol)時呈現為銅褐色。
此前科學家們就已經發現，在水中溶劑化的電子會呈現出深藍色，這種現象短暫地出現在之前捕獲的影像中，而當這些電子離開金屬進入水中時，鈉原子簇就變成了一堆帶正電的鈉離子。這些離子彼此之間會產生強烈的排斥，這種排斥力轉化為動能，由此就引發了「庫倫爆炸」(Coulomb explosion)。
密西根州立大學無機化學家詹姆斯·戴伊(James Dye)表示：「我已經進行了許多次這樣的實驗展示，我也很想知道究竟為什麼金屬鈉會在水面上『跳舞』，而金屬鉀則會發生『爆炸』。這篇論文對這一反應的早期階段給出了完整而有趣的解釋。」