科学研究一般是指利用科研手段和装备，为了认识客观事物的内在本质和运动规律而进行的调查研究、实验、试制等一系列的活动。科学选题是科研希望解释的问题，也是科学家最关心的问题，到底什么样的问题才是好的科学问题，如果排除功利性，科学问题并无好坏之分，只要是过去没有解释清楚，或者纠正错误的解释都是好的科学问题。神经科学研究所所长蒲老师曾经介绍过回顾式选题的方法，就是在教科书上找科学问题，也就是说针对经典的科学问题采用现代技术手段进行研究验证，并认为是比较好的方法。

nchem.2161-s2.mp4

最近《自然化学》上有一篇来自布拉格捷克科学院Pavel Jungwirth等的论文，能很好地说明这个观点。这个研究是试图回答一个历史悬案，或者说是一直被大家公认常识的一种新解释。这个问题就是金属钠在水中燃烧的机理，金属钠或金属钾放到水中会发生燃烧，这个实验我们在中学化学实验课中就非常熟悉。金属钠和水反应燃烧的现象在神经科学家奥利弗·萨克斯Oliver Sacks著名畅销书《钨舅舅：少年萨克斯的化学爱恋》中有非常详细的描述，萨克斯是英国伦敦著名脑神经学家，他根据自己对病人的观察，写了多部畅销书。他在牛津大学王后学院学医，后到美国加州大学洛杉矶分校神经科实践，1965年移居纽约，从医并教书。他在爱因斯坦医学院担任临床脑神经教授、纽约大学医学院担任脑神经科客座教授及为安贫小姊妹会担任顾问脑神经专家。

中学化学课上，我们可以回忆起这个反应的过程：金属钠浮在水面上、熔成闪亮的小球、四处游动、发出嘶嘶的响声。为什么会这样，经典解释认为金属钠（钾）与水剧烈反应释放出氢气。反应产生的热，既可以使金属钠熔化（钠的熔点97.81℃），还可能使氢气和氧气反应加速燃烧。在这个燃烧过程中，反应产生的氢气和氧气反应是爆炸声音的原因。

这个解释表面上似乎没有问题，最近科学家发现这个解释经不起推敲，存在胡弄小孩的嫌疑。针对这个问题的最新研究刚刚发表在《自然化学》上。

但是仔细考虑这个过程，水和金属钠反应开始后，产生的氢气和水蒸汽会聚集在金属颗粒表面，并将水与金属分离，这样能阻止金属钠和水继续发生反应，为什么反应可以持续发生？科学家使用高速照相机进行研究，给这个经典的化学实验提供了新的更合理的解释。

这次反应采用金属钠和钾的合金，因为这种合金在常温下是液体，更方便进行观察。研究发现，当金属液滴到水中0.4毫秒就喷射出一个金属突起spikes，这个过程非常快，不可能是因为反应热导致。大约0.3-0.5毫秒后，这个金属突起被溶液中一个暗蓝色紫色包围。科学家使用量子力学计算机模拟这个过程，对上述两个现象进行了解释，模拟结果发现，这个过程只需要19个钠原子团就可产生。研究发现，在10-12皮秒内原子团表面每个钠原子丢失一个电子，这些电子射向周围的水中，这些电子溶解在水中形成溶剂化电子（水分子在电子周围）。

溶剂化电子即与周围溶剂分子之间达到平衡态构型的定域化电子。常用符号e(s)-或e(solv)-表示。溶剂化电子在光谱可见区有吸收，例如在-121℃脉冲(5nm)辐照正丙醇，在550nm波长处形成最大吸收峰，溶剂化电子是还原性粒种。

溶剂化电子在水中是深蓝色，能用视频记录下来，这些电子丢失后，金属钠变成钠离子，这些离子相互排斥形成爆炸现象。

http://www.nature.com/nchem/journal/vaop/ncurrent/full/nchem.2161.html