最近,研究人员证明了水在-63摄氏度下,具有两种液态

2020-11-21 08:42:11 老胡说科学

水是一种普遍存在的液体,具有许多特性。它对压力和温度变化的反应方式与其他液体完全不同。这些特性在许多实际应用中至关重要。长期以来,这些异常现象的成因一直是科学探索的重点。最近,一个包括纽约城市大学教授尼古拉斯·乔万巴蒂斯塔在内的国际研究小组已经证明,水可以以两种不同的液态存在,这一发现可以解释水的许多异常特性。他们的研究发表在11月20日的《科学》杂志上。

“大约30年前,根据计算机模拟的结果,就提出了水可能以两种不同的液态存在的可能性,”乔万巴蒂斯塔说。这个违反直觉的假设一直是水的化学和物理学中最重要的问题之一,而且从一开始就是一个有争议的猜想。这是因为在这两种液体应该存在的条件下,冰的形成显然是不可避免的,因此能够在水中达到这两种液体状态的实验非常具有挑战性。

通常我们都熟悉的水的“液态”状态对应于正常温度下的液态水(大约25摄氏度)。然而,这篇论文表明,水在低温下(大约-63摄氏度)存在两种不同的液体状态——低压下的低密度液体和高压下的高密度液体。这两种液体有明显不同的性质,密度相差20%。结果表明,在适当的条件下,水应该是两种不能混溶的液体,被一层类似油和水共存的薄界面隔开。

水是最重要的物质之一,正如我们所知,它是生命的溶剂。它的相行为在不同的领域起着基本的作用,包括生物化学、气候、低温保存、低温生物学、材料科学,以及在许多工业过程中,水作为溶剂、产品或反应物。由此可见,水的不同寻常的相行为特征(如两种液态的存在),会影响许多科学和工程应用。

乔万巴蒂斯塔说:“两种液体的存在一般如何影响水溶液的行为,特别是两种液体如何影响水环境中的生物分子,这仍然是一个有待解决的问题。”“这推动了对潜在应用的进一步研究。”

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