水奇異性質的新發現

多年以來，科學家們都知道水具有奇怪的性質

其他液體如酒精和油脂在壓縮時會變得更重，但是水卻變得更輕，如同冰塊漂浮在一杯水中。其他流體在冷卻時密度逐漸變大，但奇怪的是，水在華氏39度左右或者在結冰之前密度最大。

現在瑞典的科學家已經了解到，水的有悖常理的行為源於它在兩種液態下存在的奇異能力。發表在「科學」雜誌上的文章，解釋了尖端的感測器如何幫助揭示研究人員花費了上百年時間來試圖解開的奧秘。

他們希望這一工作最終能夠解釋水是如何激發創造生命的。

斯德哥爾摩大學的共同作者兼化學物理學教授Anders Nilsson告訴Seeker ：「水的行為相比其他液體非常奇怪。我們應該由衷的感激它，否則，我們可能不會存在。沒有這些特性，生命無法存在，因為海洋的底部會在冰河時期凍結。」

通過使用日本和韓國英里長的X射線激光器，Nilsson和他的團隊能夠在毫秒級的間隔內看到在越來越低的溫度下轉變的水分子。

要認識到只有在含有雜質的情況下，水在華氏32度才會結冰。反過來說，對於絕對純凈的水，即使處在低於零下的溫度多年，也可能不會凍結。在2011年，科學家發現水在直到零下55華氏度左右時，仍舊可以保持液體狀態。

Nilsson說：「大多數人認為水在零攝氏度時就會結冰，但那是因為水裡面有雜質。」

尼爾森的研究小組發現，在溫度變低時，水會膨脹和收縮，在常規密度的水和高密度的水(重量會增加20%左右)之間交替變化。而且隨著溫度的下降，這種交替變化會加劇。最終在零下華氏47度左右，波動相等，各佔50%。在更低的溫度下，波動再次減緩，最終結冰。

圖中顯示了不同溫度水的兩種不同局部結構（高密度為紅色區域，低密度液態為藍色區域）區域之間的波動。觀察到熱力學響應和相關函數的最大值是溫度的函數，當兩個結構中的分子數目相等時，將導致在深度過冷狀態下水的奇異特性的強烈增強。圖片來源：斯德哥爾摩大學

Nilsson說，在那些過冷溫度下，水會像罐子里的油和水一樣分離。他解釋到，高密度的水看起來像牛奶。

這一問題的關鍵是組成水分子的原子鍵。冰分子在原子結構內的空間比水分子大。這就是為什麼它們能夠漂浮在水中。隨著溫度的降低，純凈的水分子因這一空間而變得越來越不稠密。

相關介紹：水可能同時存在兩種非常不同的液體

以前認為水只存在於單一的液體，蒸汽和固體冰三種狀態之一，但這些發現為研究人員打開了一個新的世界，為水的奇異行為提供了潛在的根據。Nilsson的團隊正在研究壓力如何影響兩種液態水。

斯德哥爾摩大學化學物理學博士研究生AlexanderSp?h在一份聲明中表示：「在象水這樣一個深入研究的課題中做出新發現的可能性是非常誘人和鼓舞人心的。」

文章來自seeker網站，原文題目為The Strange, Counterintuitive Properties of Water, Explained，由材料科技在線匯總整理。

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