@ 2018.01.13 , 09:00
6

水可以保持液体形态的极限低温是多少

水可以保持液体形态的极限低温是多少
Credit:123RF

科学家们已经创造了液态水极限冷却温度的新高度,或者说新低度——零下45摄氏度。这远低于通常的冰点,并且表明对于这种研究内容丰富的物质,我们仍然有许多未知的东西。

在两组独立的实验中,将水过度冷却到230开尔文和227.7开尔文,换成摄氏度(华氏度)分别为-43.15℃(-45.67℉)和-45.45℃(-49.81℉)。

在这种极端温度下,水几乎变成了两种不同类型的液体,科学家们说,水的性质在两种不同的状态之间来回波动,就像我们面对两个同样诱人的选择时,摇摆不定,需要反复斟酌一样。

我们已经知道,在某些情况下,例如高空的云层里,水可以保持在零摄氏度(32°F)以下。事实上,冻结效应取决于许多能影响液体分子的因素,以及它们结晶的速度。

结晶或结冰,发生在原始晶核成形并开始吸引其他水分子时,科学家以前找到了推迟水结晶的方法,但到目前为止,还没有人能够确定我们可以将液态水冷却到多低的温度,而不使它结晶。

瑞典斯德哥尔摩大学的研究人员Anders Nilsson说:“我们这一次新发现水的奇异特性,当温度很低,同时保持冰晶结晶过程缓慢的时候,水就呈现出两种不同的液体形式。”

Nilsson和他的同事们将微小的的液滴送入真空的环境中,将液体温度降低到227.7开尔文。利用先进的X射线仪器扫描,他们注意到液滴中有两种不同密度的水共存。

来自斯德哥尔摩大学的研究人员Katrin Amann-Winkel说:“研究人员观察到玻璃状态的水转变成某种粘稠的液体,这种变化发生的迅捷和彻底。水立即转变成密度低得多、但更粘稠的液体。”

在超低温下会有两种不同密度的水共存,这样的事实,实际上早在科学家的预料之中,但这是我们第一次在实验室里看到真实的证据——该实验可以为食品保鲜和许多不同领域的低温技术提供理论支持(毕竟,没人希望自己在太空旅行的冬眠中因体液结冰而死)。

另外一组国际联合研究团队设计的第二个实验,也利用了真空中的微小水滴。这一研究显示了水在极低的压力水平下,水的挥发过程是如何超过水的结晶过程的。

最终,他们令水降低到230开尔文这一超低温度之前,始终保持液体形态。研究人员说,实验利用到特殊的激光技术,用以测量液滴的大小,进而推知其温度,他们认为,这种技术手段未来会为该领域带来更大的惊喜。

法兰克福大学的高级合作者Robert Grisenti说:“确定球形液滴温度的最简单方法就是测量它的大小,这可以通过利用液滴散射光线中干涉图案中的条纹间隔一类的信息来确定。”

最终,这种技术甚至可以用来测量地球大气层中的液滴体积,并增加我们对气候变化的理解。

这是我们首次在如此低的温度下观察到液态水存在,这也意味着科学界希望确认实验数值的准确度,还有我们又是否可以将实验结论进一步推进到更低的温度下。

似乎现在就可以达成统一意见的是,深入探索水属性的研究,对地球和生命本身的认知都是至关重要的。

我们现在有了一个全新的视角。第一个实验的研究人员之一,斯德哥尔摩大学的Lars G.M.Pettersson指出:“简而言之,水不是一种复杂的液体,而是两种具有复杂关系的简单液体。”

两项实验被发表在Science 和Physical Review Letters上。

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


给这篇稿打赏,让译者更有动力
支付宝打赏 [x]
您的大名: 打赏金额:

0.0
赞一个 (6)

TOTAL COMMENTS: 6+1

  1. 3672371

    这里是极限了,再增加压力也只会是固态了吧?

  2. 清炖老鼠仔
    @1 week ago
    3672376

    想到的第一个应用就是人体冷冻方面的

  3. 哈利路亚
    @1 week ago
    3672414

    煎蛋也刷PRL

  4. 你的名字
    @1 week ago
    3673187

    好神奇的说,在太空时代该有很多应用

  5. 3673313

    阅读开尔文/摄氏度/华氏度混用的文章是什么体验……

  6. 小青蛙
    @1 week ago
    3673709

    固体物理与矿物结构学渣噩梦

发表评论


24H最赞