科學家證實水有兩種液態形式,類似油與水共存

作者 | 發布日期 2020 年 11 月 20 日 16:06 | 分類 自然科學 Telegram share ! follow us in feedly


水是一種普遍但又不可思議的物質,至今我們都還未能完全了解水的特性。最近,紐約市立大學團隊證明了水能以 2 種不同的液態存在,這項發現可以解釋許多我們覺得水違反常理的「異常」。

我們最熟悉的水就是在常溫長壓下呈無色無味的透明液體,然而水對壓力與溫度變化的響應方式可能與其他液體完全不同,並且這些特性在許多實際應用、甚至維持生命機能都至關重要。

大約 30 年前,科學家就根據電腦模擬結果知道水以 2 種不同的液態樣貌存在之可能性,這種假設違反直覺,一直是水化學與物理學中最重要的問題之一。而由紐約市立大學教授 Nicolas Giovambattista 領導的團隊最新研究表明,在低溫約零下 63℃ 的水能夠以 2 種不同密度的液態存在,低壓下為低密度液體,高壓下則為高密度液體,兩者具有明顯不同的性質,密度相差約 20%。

更奇特的是若給予適當條件,兩種不同密度的水甚至能在同一環境存在,它們透過稀薄的界面隔開,類似於油和水。

幾個月前,美國西北太平洋國家實驗室(PNNL)化學物理學家 Greg Kimmel、Bruce Kay 團隊投入研究的過冷水最新模型也表明,過冷水可以濃縮成高密度的液體狀結構並與較低密度的結構共存,兩者根據溫度不同而改變比例,比如團隊觀察到當溫度從 245K 降到 190K,高密度液體結構比例就會迅速下降。

我們知道了過冷水會在高密度與低密度形式之間發生轉變,水能載舟,亦能覆舟不無道理,當水在生物化學、氣候、保存、材料科學以及許多工業過程中充當溶劑、產物、反應物或雜質等基本作用時,水的相態異常特性(如上述存在 2 種液態狀態)也會影響許多科學和工程應用。

新論文發表在《科學》(Science)期刊。

(首圖來源:pixabay

延伸閱讀:

關鍵字: , ,