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科學家發現了液態水的第二種狀態

它是地球上最基本的成分之一,它大約占人體的百分之六十,現在人們才發現原來水比我們想象中的更加奇怪。

研究人員們一直在調查水的物理屬性,他們發現當水被加熱到40-60攝氏度之間的時候,它會到達一種“交叉溫度”,并開始在兩種不同的液體之間轉換。

水作為一種化合物,對于地球上的生命而言至關重要,我們一直都低估了它的奇怪之處。

我們都已經習慣了它的存在,也難以想象事物還有固態、液態和氣態之外的情況。(在極罕見的情況下,事物也會呈現類似等離子體一樣的狀態。)

從很多方面來看,平淡無奇的水都與地球上的很多其它物質不一樣。

除了水銀外,水是所有液體中表面張力最高的。它的固態還能漂浮在液態水上,與很多其它物質不同的是,水在結冰的時候體積會膨脹。

它還有一個很奇怪的沸點。其它氫化物的沸點會隨著分子體積的減小而降低(比如碲化氫和硫化氫),可H2O的分子重量雖小,它的沸點卻很高。

Philip Ball曾在《自然》上指出:“沒有人真的了解水。雖然承認這一點很尷尬,但其實覆蓋著地球三分之二表面積的東西,對我們而言依舊是個謎。更糟糕的是,我們研究得越多,累積的問題也越多:新技術?!?/p>

現在物理學家們已經證明,當溫度到達40-60攝氏度之間的時候,液態水會“改變”狀態,并根據它進入的狀態而表現出新的屬性。

為了了解這一點,英國牛津大學的物理學家Laura Maestro帶領著國際團隊研究了水的一系列屬性。

他們調查了水的導熱性、折射率、導電性、表面張力和介電常數(即電磁場穿過某個表面的能力),并且了解了當溫度在0-100攝氏度之間浮動的時候,這些屬性會有何變動。

當水溫到達40攝氏度的時候,事情開始有了變化,這些屬性的變化一直持續到水溫變為六十攝氏度。在這個范圍內,每個屬性都有不同的變化溫度,研究人員們認為這是因為液態水已經變成了另外一種不同的狀態。

該團隊列舉了一些變化溫度:在接近64攝氏度的時候導熱性有變化,50攝氏度是折射率變化,53攝氏度是導電性,57攝氏度是表面張力。

他們總結道:“這些結果證實在0-100攝氏度的范圍內,液態水呈現的變化溫度,其多個屬性接近50攝氏度的屬性?!?/p>

那么到底發生了什么事情呢?對此物理學家們并不是很清楚,不過水在特定溫度下能在兩種完全不同的液態之間轉變,可能與H2O總體不同尋常的屬性有關。

水分子之間維持著非常短暫的氫鍵,這些氫鍵遠比連接單個氫原子和氧原子的力要弱。

也因此,將水分子連接在一起的氫鍵總是在不停斷裂又重新形成,在這些混亂中,存在著固定結構和規則。物理學家們懷疑賦予水不同尋常屬性的正是這種東西,但沒人能夠完全確定它的原理。

Ball表示:“每個人都認為水分子結構的某個方面讓它不同于其它液體:短暫存在的氫鍵。在水的熔點之上,這些氫鍵不斷地斷裂又重新形成,迫使混亂的水分子維系著一定結構?!?/p>

雖然Maestro及其團隊的研究結果需要等到另外一個獨立團隊重復,才能確切地重寫教科書,但他們表示他們的發現對我們的納米和生物體系理解有著重大影響。

他們在研究中寫道:“比如,分散在水中的、作為納米探針的金屬納米粒子光學性能,和被用作熒光顯像與腫瘤探測的量子點,在這個溫度范圍內都有著非凡表現。這也讓我們忍不住探究溫度引起的水結構改變,是否會影響水溶液中的生物大分子,尤其是蛋白質這種對活細胞至關重要的物質?!?/p>

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