你可能没有想太多,但水是非常奇怪的。 它的行为与任何其他液体不同。 现在,通过跳出框框思考,科学家们相信他们已经找到了原因——这与其分子的奇怪排列有关。
水最奇怪的方面之一是它不寻常的密度。 通常,液体随着冷却而变得越来越稠密,但水在大约 4 摄氏度(39.2 华氏度)时达到最大密度。
低于这个点就是较少的密度大,因此当它在 0 摄氏度(32 华氏度)结冰并变成冰时,冰的密度比水小。 这就是为什么水冰会漂浮,水体从上到下结冰的原因。
但这还不是全部。 水还具有非常高的表面张力 - 除了,它具有所有液体中最高的表面张力。 这就是水蜘蛛能够滑过顶部的原因。
最重要的是,水还具有异常高的沸点,如果我们将其与其他液体进行比较,那么许多化学物质溶解在其中的事实也确实很奇特。
为了深入研究其中一些奇怪的特性,科学家需要深入到分子水平。 在室温和冰状态下,水具有四面体排列分子,这意味着每个水分子都以大致金字塔形状与其他四个分子结合。
布里斯托大学和东京大学的研究人员使用超级计算机和计算机建模来改变水分子的金字塔状性质。
通过进行这些调整,他们可以使水的行为更像其他液体——例如,使冰比液态水密度更大,从而使其沉到底部。
该团队表示,这在整个水的所有特性- 表明水的异常性质是其特殊分子排列的直接结果。
“通过这个过程,我们发现水分子的特殊排列(例如四面体排列)使水表现异常。”主要作者约翰·罗素解释道。
“四个这样的四面体排列可以以这样的方式组织起来,即它们在中心共享一个共同的水分子而不重叠。正是这种高度有序的水分子排列的存在,与其他无序排列的混合,赋予了水独特的性质。特性。”
如果没有水,我们所知道的生命就不可能存在。 它不容易压缩,这意味着它可以被推来推去——例如,流经我们携带血细胞的静脉。
因为它是一种很好的溶剂,我们体内的水可以溶解我们运作所需的营养物质。 即使是低密度的水冰也有助于生命——如果湖泊从底部结冰,湖中的生命就会死亡。
同样的低密度也是水在冻结时膨胀的原因——当水渗入岩石、冻结、膨胀并将岩石从内部分解时,这反过来又帮助塑造了我们的星球。
宇宙永远是一个令人目瞪口呆的地方。
该研究发表于美国国家科学院院刊。