當溫度降到-102.7攝氏度時,水怪異液態出現了,密度非常低

2020-11-18 騰訊網

眾所周知，水是一切生命之源，我們每天都有接觸到，對生命來說，是如此普遍而又至關重要，在日常生活中，除了洗漱需要大量生活水外，我們人體也要攝入大量水，因為人體水含量達到70%至80%。

然而水存在方式的確令科學家感到困惑，為什麼水溫度在零攝氏度以下變成固體冰呢？為何固體冰反而沒有水稠密，反而漂浮在水面上？不是越冷密度越高嗎？事實上，當溫度降到-102.7攝氏度時，水出現怪異液態。

一項新研究發現，水即使在非常冷的溫度下，水能以兩種不同怪異液態形式存在，非並只有固態冰一種形態，其中一種形態密度較小，而另一種形態則顯得更為緊湊。這項新研究或許為結束水這個富有爭議性的形態提供證據支持。

來自普林斯頓大學和羅馬薩皮恩扎大學研究人員對水分子進行了計算機模擬，在極冷狀態下，發現了水從一種液態形態轉變為另一種液形態的臨界點。其實早在1950年，普林斯頓大學研究學院院長Pablo Debenedetti就用臨界點這個名詞解釋了水在低溫之下的奇怪特性。

水的奇怪之處在於零攝氏度以下時，其分子結構至少可以排列出17種方式，但是形態卻只有兩種，而臨界點是水溫和壓力變化節點，當臨界點被突破時，水的形態就會發生變化。研究小組使用兩種高度逼真的水模型，約在2000倍大氣壓情況下，液態與液態臨界點在-82.7攝氏度到-102.7攝氏度之間。

壓力足夠大的情況下，當水溫低於冰點，並還在繼續下降時，兩種液體形態在進行一場拔河比賽，直到一方勝利，整個液體變成低密度。對於科學家來說，確定了水的臨界點，相當於確定了對水異常特性的根本物理解釋。

在地球上，一切生命的流體是水，但是我們仍然不知道為什麼水不能被另一種液體所代替，科學家古爾·澤爾茲（GülZerze）認為，這或許跟水的異常特性有關，因為其他任何液態都沒有表現出這種特性。

之所以水錶現出兩種形態，是因為水分子形狀導致兩種不同的堆積方式，一，由四個分子組成四面體幾何形狀結構，其中心圍繞著第五個分子聚集。二，在密度較高的液體中，第六個分子被擠壓，這增加局部密度作用，這項研究已經發表在「 科學 」雜誌上。有趣的科學探索內容請關注唯一微信公眾號：有趣探索

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