純水導不導電？科學家用牛掰設備在極限狀態找到答案

很早我們就知道，水是不導電的，除非水裡有雜質。但世界上自然形成的水不可能沒有雜質，所以水又都是導電的。曾經聽說有人到水庫釣魚，沒想到卻一命嗚呼，原來是沒選好位置，魚線拉到高壓線上，觸電身亡，水中的雜質如此害人啊。

那麼是不是純水就真的不導電了呢？答案是否定的。200年前，德國化學家T·格羅特斯提出了格羅特斯機制，認為水分子可以通過傳遞富餘質子導電。當然純水的導電能力非常差，但它卻是一種很好的離子溶劑，比如溶解的鹽和金屬離子，其導電性能就非常好。但是，儘管這種機制在生物學和化學中至關重要，水傳導電的方式卻從未在分子層面上真正被理解過。

近日，耶魯大學化學教授馬克·約翰遜領導的一個團隊，利用極其牛掰的設備，在非常極端的條件下，深入分子尺度的微觀世界「現場觀摩」，第一次拍到了水分子中質子傳遞過程的光譜快照，研究發表在《科學》雜誌上。

（牛頓擺）

科學家們用氫的同位素氘製成重水分子，將其凍結在絕對零度附近的極限狀態。這種技術是約翰遜和他的團隊專門開發的，可以通過快速冷凍的方法將化學過程瞬間凍結，方便設備拍照觀察。通過這種方法，他們發現質子的傳遞過程有點像牛頓擺，幾個球用線懸掛呈一條直線，拉開一個球撞擊這些球，只有最後一個會彈開，其它的不受影響。

其實還有一個更簡單的比喻，許多氧原子站成一排，左手一個氫核（質子），右手一個氫核，這時不知哪個天殺的又扔了個氫核過來，其中一個氧原子只好臨時長出一隻手來接住，馬上就覺得太燙手了，趕緊把原來手上的一個氫核扔給旁邊的氧原子，所有氧原子都照此法動作，質子就被傳遞過去了，由於質子帶正電荷，所以就形成了電荷的傳導。

（哪個天殺的在亂扔質子？）

這種機制實際在自然界經常發生，比如生物體細胞內的質子傳導，光線撞擊視網膜的時候等。質子傳導和質子導電材料也在燃料電池、電化學感測器、水蒸汽電解以及生物系統中起著越來越重要的作用，比如未來的氫能源電池。約翰遜團隊使用的技術也是革命性的，它對我們研究水的其它性質，比如水在碳納米管中105攝氏度時不沸騰反而凍結，以及物質在微觀狀態下的性質提供了強大的工具。可參見筆者另一篇文章《最新研究：水105度不沸騰反結冰，今後電線或被水線取代》。

這一牛掰設備拍到的光譜快照目前並未放出，故僅以示意圖代替。