@ 2018.04.03 , 16:00

水的奇葩特性

水的奇葩特性
credit: 123RF

你可能没注意,但水其实非常奇特,不同于任何其它液体。如今,科学家跳出固有思维模式,终于搞清楚原因了——这和水分子的奇特排列有关。

首先,水的密度异乎寻常。通常,在冷却过程中,液体密度会越来越大。然而,水在4摄氏度时达到最大密度。在这个温度以下,水的密度反而会下降。所以,冰的密度比水小。因此,冰会漂浮在水面,而水的冷冻是自上而下的。

其次,水的表面张力非常高。除水银外,它在所有液体中具有最高的表面张力。因此,水蜘蛛能够站立在水上。此外,水的沸点也高得异乎寻常。还有,相较于其它液体,水能够溶解许多化学物质这点也很奇特。

科学家需要在分子水平上探究这些古怪特性。在室温下或结冰时,水分子呈四面体排列——也就说,每个水分子都和其它四个水分子相连,大致呈金字塔形状。

这回,布里斯托尔大学和东京大学的研究人员利用超级计算机和计算机模型,改变水分子的金字塔结构。通过这种方法,他们成功使水的特性更接近其它液体——举例而言,使冰的密度比水大,让冰沉入水底。这种方法能够改变水的所有古怪特性。

这意味着,水的异常特性是特殊分子排列的直接结果。四个水分子共享同一个中心水分子,且不会相互交叠。这种高度有序的水分子排列混合其它无序排列使水具备种种古怪特性。

如果水失去这些异常特性,那么(我们所知的)生命将不复存在。水无法轻易压缩,因此能够四处流动——举个例子,在血管里带着血细胞四处流动。由于水是很好的溶剂,因此体内的水能够溶解人体机能所需的营养物质。甚至连低密度的水冰也有益于生命——如果湖泊从底部开始结冰,那么湖里的生命就会死亡。

由于冰的密度较低,因此水在结冰时会膨胀。这个过程也塑造了地球的面貌——水分渗进岩石后,结冰、膨胀,造成岩石内部破裂。

本文译自 sciencealert,由译者 蛋花 基于创作共用协议(BY-NC)发布。
原作者:MICHELLE STARR


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