@ 2013.12.19 , 11:38

液态水结冰的最低温度是多少度?

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这个问题的答案当然不是32华氏度(0℃),虽然水的冰点是0℃。如果条件合适,水能在负55华氏度(负48℃)下保持液体。这也是水的神奇性质之一。

犹他大学的化学家发现,当温度降至负55度时,水的分子结构就必须开始发生变化了。分子会开始形成四面体的形状,每个水分子会松散地跟另外四个分子相结合。这就形成了水的另一种状态:“冰水中间态(intermediate ice)”,虽然它还不具备冰的全部性质,但是那种状态下的水已经不能称之为水了。

当降至这个温度时,它比通常我们所说的液体水结冰的冰点要低87度。研究者表示,负55度的水是存在的,只是因为它维持液体的时间极短,目前我们的仪器还不足以捕捉到它维持液状的样子。

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水的冰点问题不只是分子统计的问题。这事关我们对于全球变暖的理解,因为全球变暖与液体水结冰的温度和速度有关。大气水与大气冰对于太阳辐射的吸收量差别极大,所以我们需要尽可能准确地了解大气中水和冰的量。

水是我们最熟悉的液体,然而它的性质跟普通液体完全不同。这也是它能在冰点下几十度依然保持液体的原因。

研究者 Valeria Molinero 解释说:“水会如此奇怪就是因为它的性质跟其他液体完全不同。例如,冰会浮在水面上,而大部分的固态物质会因为密度更大而沉入它们的液相中。最让人着迷的还是当它低于冰点时仍然能保持液态这种奇怪的性质。如果你想让液体水结冰,那么当你在液体水中制造出小核或是冰种时,水就能凝结成冰。而降雨时,水从蒸汽态变成液体。那么就需要让晶体冰变成液体。对于非常纯净的水,想要让水里出现冰种,就需要改变液体的结构。当你给水降温以后,它的结构就会变得接近冰的结构,这也就是它密度降低的原因,其表现就是结晶速率的提升。”

本文译自 IO9,由译者 小脑袋 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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