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晶體破碎的魔法：你知道嗎，矽酸鹽如何生成氫氣？
在自然界中，化學反應往往在我們意想不到的環境下悄然無聲地發生。這些反應不僅限於高溫或高壓的實驗室條件，還可能因地震、冰川運動或河流的力量而自然展開。在這樣的背景下，機械化學這一概念被引入，並開始引起越來越多科學家的重視。
機械化學代表了導致化學反應的第四種方式，它補充了流體中的熱反應、光化學和電化學的研究。
簡而言之，機械化學是通過機械現象來引發化學反應。當我們提到機械化學時，通常是指利用機械力改變共價鍵的結構，從而引發化學反應的過程。這與機械合成不同，後者特指機器控制下複雜分子產品的建構。
在自然環境中，例如冰川的移動或河流的液壓作用，經常會誘發機械化學反應。而在極端環境下，例如冰下湖泊，與水和破碎矽酸鹽岩石的機械化學反應生成的氫氣能支持甲烷生成微生物的生存。這些過程呼應了古地球上水的分解如何影響生命的起源或早期進化的理論。
歷史
機械化學的歷史可以追溯到最基本的火的製造技術，人們通過摩擦木材片來產生火焰。隨著科技的進步，工業上的機械化學開始於兩種固體反應物的研磨。例如，水銀和銅的反應可以生成水銀和硫化銅：HgS + 2Cu → Hg + Cu2S。
科學家們認識到，機械化學反應自然發生於環境中，反應產物可能影響地球上活動的微生物社區。
隨著對機械化學的興趣增強，相關研究在《地球化學邊界》雜誌中開啟了一個專門的研究話題。其潛力不僅限於食物鏈的殘留，還可能影響生命的早期進化，甚至為外星生命形式的支持鋪平道路。
機械過程
自然過程
地震、河流和冰川等自然力量經常在地面及地下進行岩石的挤压和破碎，這些岩石表面暴露的新鮮礦物質參與機械化學反應。例如，冰川在滑動過程中會侵蝕岩石，生成破碎的礦物表面，這些都是機械化學反應的重要參與者。
人為過程
在實驗室中，行星式球磨機被普遍用於引發破碎，以研究自然過程。機械化學轉換往往比熱化學或光化學機制要複雜。通過球磨和共振聲學混合（RAM）等過程，可以達到化學轉化，並消除許多溶劑的使用，這為許多行業的環保提供了可行的解決方案。
例如，機械化學過程已被用來合成對製藥業具有吸引力的酚肼。
化學反應
機械化學反應包括機械破碎的固體材料與環境中其他反應物之間的反應，但自然反應經常涉及水與破碎岩石的反應，稱為水-岩石反應。這些反應通常由多種礦物中的原子鍵斷裂引發。
矽酸鹽
矽酸鹽是地殼中最常見的礦物類型，因此在自然機械化學反應中的參與頻率較高。矽酸鹽由矽和氧原子組成，通常以矽四面體的形式排列。機械力破壞矽和氧之間的鍵連結，產生自由基，這些自由基進一步參與化學反應。
氫氣生成
水與矽自由基的反應可以生成氫自由基，該過程為生物活動提供了能源支持。在特定的環境中，這一機制可以生成氫氣，支持甲烷生成微生物生長，但在高溫環境下，這一過程受到限制，因為氫自由基會與矽氧基自由基反應，失去了生成氫氣的能力。
氧化劑生成
當氧氣與矽或氧基自由基在破碎的岩石表面反應時，會導致氧氣被化學吸附到表面，進而生成羥基自由基和過氧化氫等氧化劑。這些反應不僅在自然環境中發生，也為未來的工業應用提供了重要的理論基礎。
工業應用
機械化學的基礎和應用範疇廣泛，包括納米材料、催化劑、磁性材料等。該方法已被用於合成金屬納米顆粒、催化劑、金屬碘酸鹽以及鉻-鈷和鉬-鉻的納米複合粉末。球磨技術還被用於從原油中分離烴氣體，並且它的能耗僅為傳統方法的1-10%。
(聚)乳酸作為綠色材料，可以通過機械化學回收轉化為烷基乳酸酯，這在生物可降解材料的開發中意義重大。
儲存
機械化學在氫氣、氨和其他燃料氣體的能效固體儲存方面具有潛力。相對於傳統的壓縮和液化方法，利用粉末形式儲存更加安全且有效。
隨著對機械化學研究的深入，我們不禁要思考，這一技術或許能成為未來能源解決方案的重要一環？
