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水(H?O)是萬物之源然而我們司空見慣的水在科學(xué)上卻是最怪異的液體甚至于水不是一種液體而是兩種下面我們來瞧瞧科學(xué)家是如何證實這點的

水具有熱縮冷脹的特性,一般情況下,水會在低于0℃的溫度下結(jié)冰,這都?xì)w結(jié)于水中通常含有灰塵或其他的可附著的固體類雜質(zhì)但是對于純凈的水來說,由于缺乏雜質(zhì)作為“晶化啟動劑”,結(jié)冰反而變得更加艱難,它需要一種額外的強有力的推動力,才能迫使分子變成結(jié)冰所需的特殊結(jié)構(gòu)。

因此水可以在很低的溫度下仍然保持液態(tài),這便是所謂的過冷現(xiàn)象。

水的熱脹冷縮特性現(xiàn)在,《科學(xué)》雜志上刊登了一項新的研究,介紹了一個研究團隊在-138℃到-28℃的溫度范圍內(nèi),對液態(tài)水進行了一系列測量他們使用了一種有點像“定格攝影”的實驗方法來對過冷液態(tài)水拍攝“快照”。

實驗中,他們用激光對一層水薄膜進行加熱,然后迅速讓其從-28℃冷卻到-83℃,在幾納秒的時間之內(nèi)就形成過冷的液態(tài)水他們用紅外光照射薄膜來觀察其中的水分子,分析這些水分子是如何相互推擠的

氧原子和氫原子通過共價鍵結(jié)合形成水分子圖源:科普中國利用這種方法所收集到的數(shù)據(jù),他們發(fā)現(xiàn),過冷水在極度低溫下不僅相對穩(wěn)定,而且存在兩種結(jié)構(gòu)模體這表明水分子在氫鍵的影響下,可以有兩種排列方式,按四面體有序排列或隨機無序排列,分別組成低密度水和高密度水。

水分子間氫鍵的形成圖源:科普中國很神奇吧除此之外還有一些關(guān)于水的“反常”小知識冰的密度比水小冰中的水分子排列方式與低密度水中水分子排列方式相同,即四面體結(jié)構(gòu),而水中還有無序結(jié)構(gòu)的高密度水,因此,水的平均密度大于冰的密度。

水在4℃時密度最大在0°C時,水分子更多地處于四面體結(jié)構(gòu)的有序相,即低密度水占優(yōu)勢極端情況下,如果完全沒有無序的高密度水,液態(tài)水就結(jié)成冰了溫度升高,分子無規(guī)則的熱運動就越劇烈,有序結(jié)構(gòu)就越少,高密度水越占優(yōu)勢,即水的密度升高。

但當(dāng)溫度達(dá)到4°C以上時,分子熱運動使水分子間距隨溫度升高而增大,水的密度因而降低。

水的比熱容顯著大于絕大多數(shù)液體加熱物質(zhì),使其升高一定量的溫度,但水比其他液體需要熱量更高,即比熱容更大,因為水需要一部分熱量來破壞低密度水的四面體結(jié)構(gòu)水比絕大多數(shù)液體難以被壓縮這是氫鍵帶給水分子之間強烈的吸引力。

造成的,尤其是對于高密度水。高壓下水分子更易于擴散高壓可破壞四面體有序結(jié)構(gòu),水分子排列越無序,越易于擴散。

水受熱膨脹,加壓,更膨脹加壓使水更無序,因而易于膨脹。當(dāng)然,水還有更多的反常性質(zhì)有待揭曉。目前而言,水分子確定有兩種排列方式,這個理論與實驗相符,且能一致地解釋水的反常性質(zhì)。來源:福建科普