水是地球上最基本的分子之一,但科学家们才刚刚开始认识到这种物质到底有多么奇怪。
恰当的例子:研究人员现在发现水存在的不是一种,而是两种不同的液相,每种液相的结构和密度都有很大差异。
瑞典斯德哥尔摩大学的物理学家利用 X 射线对 H2O 进行了前所未有的详细研究,他们提供的证据表明,我们所熟知和喜爱的液态水不仅仅是单相,它实际上是两种形式(高密度和低密度)之间的波动。 。
“新的结果有力地支持了这样一种观点,即室温下的水无法决定它应该是高密度还是低密度这两种形式中的哪一种,从而导致两者之间的局部波动”其中一位研究人员 Lars GM Pettersson 说道。
“简而言之:水不是一种复杂的液体,而是两种具有复杂关系的简单液体。”
我们大多数人在高中时就被教导水以三种不同的状态存在:液态水、固态冰和水蒸气。
但实际上没那么简单——水也可以作为一种奇怪的物质存在类等离子体状态,甚至我们熟悉的标准三相水也比你想象的更奇怪。
例如,除了,水有所有液体中最高的表面张力与几乎所有其他已知物质不同,水结冰时会膨胀。
此外,虽然其他氢化物(例如碲化氢和硫化氢)的沸点,随着分子大小的减小而减小, H2O 对于如此小的分子量却具有令人惊讶的高沸点。
事实上,科学家已经确定70 处房产液态水与我们所知的所有其他液体物质完全不同。
长期以来一直争论的一个奇怪问题是是否存在不止一种液态水。 这个想法基于这样一个事实:研究人员已经知道冰可以以不同的高密度和低密度形式存在。
我们这里讨论的不是从冰块托盘中弹出的冰——这就是所谓的结晶冰,它是高度有序的,所有单个分子都以重复模式排列。
但冰也以另一种形式存在,称为无定形冰,其中分子更加无序。 尽管我们大多数人都不熟悉无定形冰,但它是可能是整个宇宙中最常见的固体水类型,并且它可以在不同的之间翻转高密度和低密度版本。
正因为如此,研究人员怀疑液态水也许能起到同样的作用。 但到目前为止,还没有人能够足够详细地研究其分子变化,以弄清楚究竟发生了什么。
这项新研究使用两种不同类型的 X 射线成像来跟踪水分子之间的运动和距离,因为水从无定形、玻璃状、冷冻液态转变为粘性液体,然后转变为另一种密度更低、粘性更大的液体。 。
他们看到的是两种不同液相的证据。
“新的显着特性是,我们发现水可以在冰结晶缓慢的低温下以两种不同的液体存在,”其中一位研究人员安德斯·尼尔森说。
当然,这只是一项研究,其他独立团队现在需要对研究进行自己的验证,以便在我们重写教科书之前支持这一主张。
但这并不是科学家第一次偶然发现奇怪的第二种液态水。
去年,牛津大学的一个团队还展示了在 40 到 60 摄氏度(104 到 140 华氏度)之间,液态水可以“切换”状态,并根据其切换到的状态展现出一系列全新的特性。
重要的是,这项新研究为这个谜题增添了另一个重要部分,它开始逐渐揭示这种无处不在的分子到底是多么奇怪和迷人。
“没有人真正了解水”菲利普·鲍尔指出自然去年。
“承认这一点很尴尬,但覆盖我们星球三分之二的东西仍然是一个谜。更糟糕的是,我们看得越多,问题就越多:深入探索液态水分子结构的新技术正在涌现。更多谜题。”
这项新研究已发表于美国国家科学院院刊。