科学家发现了液态水的第二种状态
它是地球上最基本的成分之一，它大约占人体的百分之六十，现在人们才发现原来水比我们想象中的更加奇怪。研究人员们一直在调查水的物理属性，他们发现当水被加热到40-60摄氏度之间的时候，它会到达一种“交叉温度”，并开始在两种不同的液体之间转换。水作为一种化合物，对于地球上的生命而言至关重要，我们一直都低估了它的奇怪之处。我们都已经习惯了它的存在，也难以想象事物还有固态、液态和气态之外的情况。(在极罕见的情况下，事物也会呈现类似等离子体一样的状态。)从很多方面来看，平淡无奇的水都与地球上的很多其它物质不一样。除了水银外，水是所有液体中表面张力最高的。它的固态还能漂浮在液态水上，与很多其它物质不同的是，水在结冰的时候体积会膨胀。还有一个很奇怪的沸点。其它氢化物的沸点会随着分子体积的减小而降低(比如碲化氢和硫化氢)，可H2O的分子重量虽小，它的沸点却很高。Philip Ball曾在《自然》上指出：“没有人真的了解水。虽然承认这一点很尴尬，但其实覆盖着地球三分之二表面积的东西，对我们而言依旧是个谜。更糟糕的是，我们研究得越多，累积的问题也越多：新技术。”现在物理学家们已经证明，当温度到达40-60摄氏度之间的时候，液态水会“改变”状态，并根据它进入的状态而表现出新的属性。为了了解这一点，英国牛津大学的物理学家Laura Maestro带领着国际团队研究了水的一系列属性。他们调查了水的导热性、折射率、导电性、表面张力和介电常数(即电磁场穿过某个表面的能力)，并且了解了当温度在0-100摄氏度之间浮动的时候，这些属性会有何变动。当水温到达40摄氏度的时候，事情开始有了变化，这些属性的变化一直持续到水温变为六十摄氏度。在这个范围内，每个属性都有不同的变化温度，研究人员们认为这是因为液态水已经变成了另外一种不同的状态。该团队列举了一些变化温度：在接近64摄氏度的时候导热性有变化，50摄氏度是折射率变化，53摄氏度是导电性，57摄氏度是表面张力。他们总结道：“这些结果证实在0-100摄氏度的范围内，液态水呈现的变化温度，其多个属性接近50摄氏度的属性。”那么到底发生了什么事情呢？对此物理学家们并不是很清楚，不过水在特定温度下能在两种完全不同的液态之间转变，可能与H2O总体不同寻常的属性有关。水分子之间维持着非常短暂的氢键，这些氢键远比连接单个氢原子和氧原子的力要弱。也因此，将水分子连接在一起的氢键总是在不停断裂又重新形成，在这些混乱中，存在着固定结构和规则。物理学家们怀疑赋予水不同寻常属性的正是这种东西，但没人能够完全确定它的原理。Ball表示：“每个人都认为水分子结构的某个方面让它不同于其它液体：短暂存在的氢键。在水的熔点之上，这些氢键不断地断裂又重新形成，迫使混乱的水分子维系着一定结构。”虽然Maestro及其团队的研究结果需要等到另外一个独立团队重复，才能确切地重写教科书，但他们表示他们的发现对我们的纳米和生物体系理解有着重大影响。他们在研究中写道：“比如，分散在水中的、作为纳米探针的金属纳米粒子光学性能，和被用作荧光显像与肿瘤探测的量子点，在这个温度范围内都有着非凡表现。这也让我们忍不住探究温度引起的水结构改变，是否会影响水溶液中的生物大分子，尤其是蛋白质这种对活细胞至关重要的物质。”
页:
[1]