@ 2016.11.16 , 11:00
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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。

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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。

它还有一个很奇怪的沸点。其它氰化物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。”

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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。”

该研究已被发表在International Journal of Nanotechnology上。

本文译自 Sciencealert,由译者 肌肉桃 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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TOTAL COMMENTS: 39+1

  1. とあるxxxxxxxx
    @1 year ago
    3324485

    第七段的氰化物应该很好吃#(滑稽),应该是氢化物

    [33] XX [2] 回复 [0]
  2. 哎呦哇啦
    @1 year ago
    3324486

    黏态 舔舔

  3. Spector
    @1 year ago
    3324488

    我想知道42度的时候是什么性质?

  4. 3324495

    0.5分的杂志发一篇文章就想重写教科书了。。。

    [28] XX [1] 回复 [0]
  5. 3324498

    新技术

  6. 3324500

    0.5分的杂志发一篇论文就想改写教科书。。。

    [29] XX [1] 回复 [0]
  7. 梨花树
    @1 year ago
    3324507

    上善若水

  8. asdasd
    @1 year ago
    3324509

    我认为我已经很认真的看完这篇文章,并试图理解每一个词的意思,看完后我还是不明白文章开头的“液态水的第二种状态”是什么状态。
    我举个栗子:“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。”
    那么,改变成什么状态呢?新的属性是什么呢?
    我再继续往下看关键的段落: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。
    哦,这样啊,40摄氏度变成另外一种不同的状态。
    那么,这一种不同的状态是什么样子的呢?
    我继续看我认为的关键段落: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。
    于是,我继续往下看,“物理学家们怀疑…但没人能够完全确定…是否会影响水溶液..”
    等等,我只想知道文章开头所说的“液态水的第二种状态”是什么样子,扯了这么远,重点呢?!!图呢?!!TMD文章的重点跑哪里了??!!!

    [384] XX [8] 回复 [0]
  9. asdasd
    @1 year ago
    3324510

    我TMD只想知道文章开头的水的第二种状态是什么样子,TMD给我扯了半天都不知道是什么状态

    [43] XX [2] 回复 [0]
  10. 3324512

    其它氰化物………………

  11. Clowud
    @1 year ago
    3324513

    不要总想着搞个大新闻,你这样的扯蛋我是见得多了

    [12] XX [0] 回复 [0]
  12. 嗯嗯
    @1 year ago
    3324515

    喝这个温度的水感觉怪怪的

  13. 贝奥武夫
    @1 year ago
    3324524

    每个男人女人必看!多喝热水的秘密!老祖宗的智慧!如果每个人都转发给十个人也许能救人一命!

    [35] XX [0] 回复 [0]
  14. AmazingBob
    @1 year ago
    3324526

    水是氰化物…

  15. 大灰鸡
    @1 year ago
    3324527

    这个温度的水的两种状态就是 —- 洗澡水和喝的水

  16. hhhhha
    @1 year ago
    3324539

    @asdasd: 毕竟这只是个新闻……

  17. foobar
    @1 year ago
    3324541

    “其它氰化物的沸点会随着分子体积的减小而降低”io病大爆发

  18. 3324545

    @asdasd:
    在煎蛋看的这类科技文章,至少有一大半都是这个感觉。。。

  19. 山东辖地对空
    @1 year ago
    3324547

    喔!!明白了。
    固态~汁态~液态~气态

  20. 脐橙
    @1 year ago
    3324562

    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。

  21. 3324568

    那个Maestro为啥不翻呀~~

  22. 3324589

    导热性、折射率、导电性、表面张力,这些是水的性质不是状态

  23. 3324593

    那么这事跟我日常泡茶 煮咖啡 有关联吗?

  24. 3324652

    没变身算什么第二形态

  25. hhhhha
    @1 year ago
    3324656

    学热力学相变部分的时候就提过冰有多达六种相,虽然不了解区别在哪里。所以感觉水有两种也不奇怪

  26. 杍墨
    @1 year ago
    3324673

    看了半天大概意思可能就是在40-60度水的“导热性、折射率、导电性、表面张力和介电常数”有一个比较异常的波动,一般的液体这些属性随温度变化是比较线性的,我可能猜对了吧?

  27. 飞机
    @1 year ago
    3324682

    因为五十度灰

  28. 邪恶果酱
    @1 year ago
    3324720

    就是说物质的形态是由其各种性质所定义的(导热性,介电常数,沸点熔点之类的),在同一形态同一条件中这些性质的大小是固定的,一旦这些性质变了就证明这种物质的形态变了,具体点说就是分子结构的改变。并不是说只有直观的气液固三态才叫不同形态,不易被观察不代表没有改变。

  29. 薛定喵的谔
    @1 year ago
    3324726

    @asdasd: 科学家们是根据物质所具有的物理属性来划分形态的 比如冰和水 但是 文中所提到的有些属性发生了变化 但是有的却没有变 所以。。。怀疑

  30. 试一试
    @1 year ago
    3324741

    不晓得说了什么

  31. RedNax
    @1 year ago
    3324755

    顺便科普一下这是水(冰)的各种状态。注意气压是对数坐标系

  32. Butters
    @1 year ago
    3324769

    一篇典型的烂故事paper,大家写paper的时候尽量避免这种风格。

  33. 3324774

    1.实在不明白的时候就扯到熵力上面去, 这样就可以不给公式直接放个曲线图完事
    2.相态有无限多种

  34. 3324844

    下次有中医要你多喝开水时,你就可以问他,到底是要喝摄氏几度的热水呢?状态完全不一样呢!

  35. 称呼太长
    @1 year ago
    3324897

    那么洗澡和泡茶究竟分别用多少度好呢?

  36. 车轴草
    @1 year ago
    3324907

    热水和冷水泼到地上的声音都不一样….

  37. 3325096

    International Journal of Nanotechnology
    TR impact factor 2015: 0.502 (5-Year Impact Factor: 0.663)
    [239/271 in Materials Science, Multidisciplinary, Q4]
    [80/83 in Nanoscience & Nanotechnology, Q4]

  38. lttlsnk
    @1 year ago
    3325299

    每个字都认识系列

  39. EOURXLJDSF
    @1 year ago
    3325399

    又能骗经费了

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