為什麼冰會漂浮？為什麼液態水的體積在 0～4℃ 間隨溫度下降膨脹？這些與水有關的謎團，在科學家找到新的過冷水臨界點後悄悄解開。
水對生命至關重要，但水的密度、熱容量、可壓縮性、黏度、對溫度及壓力變化的反應都與其他物質截然不同，超出典型液體行為，長期令科學家困惑。
舉例來說，多數材料冷卻時收縮，密度從而變高，但水未遵循這種模式，而是在 4℃ 左右達到最高密度，因此較冷且密度較高的水下沉，而溫度更低的冰塊會漂浮在水上。
此外當溫度高於 4℃，水依循一般的熱脹冷縮規律，但當溫度介於 0～4℃，此時水出現反常「冷脹」，即溫度降低體積反而增加。
幾十年來，各種理論試圖解釋水的奇怪特性。
過去科學家已知水在高溫高壓條件有一臨界點，即 374℃、218 倍大氣壓下，液態與氣態區別性消失，水進入介於氣態與液態之間的獨特超臨界流體狀態。
還有一個理論預測水在極低溫、特定高壓下具 2 種「液態結構」：高密度液態水（HDL）、低密度液態水（LDL），兩者之間存在一尚未證實的「液態–液態臨界點（Liquid–liquid critical point），問題在於此區域會迅速結冰，過去任何儀器都難看見該區域的液態水行為。
直到最近，瑞典斯德哥爾摩大學團隊利用 X 射線雷射設備終於拿到「直接證據」，於幾 10 飛秒內拍下過冷水結冰前結構，揭開水於零下 63℃、1,000 倍大氣壓條件確實存在液態–液態臨界點，長期只能透過電腦模擬的意象終於具象化，揭開水難以捉摸的狀態。
實驗表明水在低溫高壓下能以 2 種不同液相存在，不同之處在於分子結合方式。當溫度升高、壓力下降，2 種液相的差異性完全消失，兩相態合併點就是新確認的臨界點。
研究人員強調，日常條件下（較高溫度、較低壓力）的普通水也會受該臨界點影響行為，從而解釋水許多特殊特性，包括水在過冷狀態下種種「不正常」物理性質。
發現水的「第二臨界點」影響程度遠比想像深，能改善氣候模型及天氣預報、細胞及器官冷凍保存技術，甚至促進全新食品保存科技。
新論文發表在《科學》（Science）期刊。
- Water has a newfound ‘critical point’ that may help explain its quirks
- Scientists solve mystery of why ice floats after finding hidden water state at -81°F
- X-ray lasers enable the discovery of a critical point in water
（首圖來源：斯德哥爾摩大學/浦項工科大學）
科技新報粉絲團
加入好友
訂閱免費電子報
