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你喝下的每一口水,都藏着这5个未解之谜

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  提及水,我们一点都不生疏,它在一样平常生涯中随处可见。而就是这样一个简朴的分子,却一直站在科学界关注的前沿。它不仅在量子领域大放荣耀,纵然在最基本的物理化学性子上,也一直推翻着我们原有的认知。

  撰文 | Richard Saykally(加州大学伯克利分校化学教授)

  翻译 | 赵冰莹

  审校 | 王怡博

  “水很无聊。”这是我已故母亲的话,它似乎反映了多数人的看法。常见的水,不是很简朴吗?而另一方面,在伪科学的怂恿下,天下上的另一些人似乎对顺势疗法、水影象等“神奇异性”笃信不疑。

  事实上,真相介于两者之间。没错,水非经常见,它是宇宙中第三常见的分子。然则,与我母亲的看法相反,它也是庞大的。接下来要先容的就是与水有关、至今仍未解决的几个科学问题。

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  事实有若干种冰?

  据最新统计,固态水有17种差其余晶体形式。然而,在实验室之外,只有Ih型冰这一种形式普遍存在于地球上。第二种形式的结晶冰是Ic型,它在高层大气中少量存在,而另外15种形式的冰只在异常高的压力下才会泛起。(在星际空间也有大量的冰,但它们通常以无定形的非晶态冻结在尘粒上。)

  云云繁多的结晶冰形态源于水分子间的四周体网络,它是由相邻水分子之间较强的氢键组成的。在水的凝聚相中,每个水分子都尽可能优化其形成氢键的能力,就是为了在近四周体的键角偏向形成四个氢键。Ih型冰内部的氢键形成的是一个开放的、低密度的三维结构。

  对包罗结晶冰、单质碳、硅和磷在内的四周体物质施加压力,可以使低密度的固体形态坍缩,从而形成一系列密度依次升高的结构,也许直到形成极致的密聚积结构就不再继续坍塌。这就形成了我们现在所考察到的17种形式的结晶冰。未来,还会有更多的发现吗?

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  有两种液态水吗?

  几十年前,日本科学门风称,他们在高压下考察到了无定形冰的两相转换。由于无定形冰本质上是响应液体的静态快照(frozen snapshot),无定形冰具有两相就意味着一定存在两种类型的液态水:通例的、低密度的水,以及类似于高压无定形冰的高密度水。

  随后的模拟也支援了这一推断。他们研究了当温度低于冰点,但高于 “均相成核温度”(低于此温度液态水就不存在)时,水有可能发生的转变。效果,在这个所谓的 “深渡过冷”区,他们找到了两种液态水之间发生相变的证据。

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网友评论

4条评论
  • 2022-01-20 00:01:58

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