科學家證明:水具有多種性質明顯不同的液態

2020-12-05 量子認知

水是一種普遍存在的液體，具有許多獨特的性質，它對壓力和溫度變化的響應方式可能與其他液體完全不同，並且這些特性對於許多實際應用，尤其是我們所知道的生命至關重要。為什麼造成這些獨特的原因，長期以來一直是科學探索的來源。

現在，一個國際研究人員團隊已經證明：水可以以兩種不同的液態存在，這一發現可以解釋許多水的異常特性。他們的研究發表在最新一期的《科學》雜誌上。

研究人員說：「根據計算機模擬的結果，大約30年前就提出了水可能以兩種不同的液態存在的可能性。」 「這種違反直覺的假設一直是水的化學和物理學中最重要的問題之一，並且自誕生以來就一直是一個有爭議的場景。這是因為由於不可避免的原因，水中的兩種液體狀態在兩種條件下結冰，這個實驗非常具有挑戰性。」

該論文表明，低溫（大約-63攝氏度）的水以兩種不同的液態存在，低壓下為低密度液體，高壓下為高密度液體。這兩種液體具有明顯不同的性質，並且密度相差20％。結果表明，在適當的條件下，水應以兩種不混溶的液體形式存在，並通過稀薄的界面隔開，類似於油和水的共存。

如圖所示，水如何以稀薄的界面分隔開的兩種液態狀態存在。 底部液體比頂部的液體更稠密，因為它由更緊密堆積的水分子組成。

因為水是地球上最重要的物質之一，是生命的溶劑，所以水的相行為在不同領域，包括生物化學、氣候、低溫保存、低溫生物學、材料科學以及許多工業過程中，起著根本性作用，水充當溶劑、產物、反應物、或雜質。因此，水的這種存在兩種液態狀態的相態異常特性會影響許多科學和工程應用。

研究人員說：「這兩種液體的存在通常會如何影響水溶液的行為，尤其是這兩種液體如何影響水性環境中的生物分子，仍然是一個懸而未決的問題。 「這激發了進一步研究以尋找潛在應用的機會。」

參考：Experimental observation of the liquid-liquid transition in bulk supercooled water under pressure.Science(2020).science.sciencemag.org/lookup/ … 1126/science.abb9385

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