水可以在低温下作为两种不同的液体存在 2017-06-17 12:25:24

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图为艺术家对两种形式的具有不同密度的超粘性液态水的印象在背景上描绘了从高密度无定形冰的实际数据中获取的X射线散斑图,其通过在非常低的温度下对水加压而产生

图片来源:MattiasKarlén在一项新发表的研究中,斯德哥尔摩大学的研究人员详细介绍了水在低温下可以作为两种不同液体存在的发现我们通常认为液态水是无序的,分子在一些平均结构周围的短时间内重新排列现在,然而,斯德哥尔摩大学的科学家们发现了液体的两个阶段,结构和密度差异很大

结果是基于使用X射线的实验研究,现在发表在美国国家科学院院刊(美国)大多数人知道水对于我们在地球上的存在至关重要不太知名水有许多奇怪或异常与所有其他液体的性质和行为非常不同一些例子是熔点,密度,热容量,总而言之,有70多种不同于大多数液体的水性质这些水的异常性质是生命的先决条件我们知道它“新的显着特性是我们发现水在低温下可以作为两种不同的液体存在,冰结晶很慢,”斯德哥尔摩大学化学物理学教授Anders Nilsson说道

通过在芝加哥附近的阿贡国家实验室使用X射线进行的研究,可以证明两种不同的结构,并在汉堡的大型X射线实验室DESY,可以调查动力学,并证明两者阶段确实都是液相因此水可以作为两种不同的液体存在“能够使用X射线来确定是非常令人兴奋的分子在不同时间的相对位置,“斯德哥尔摩大学博士后Fivos Perakis说,具有超快光学光谱学背景”我们特别能够跟踪两相之间低温下样品的转化,并证明了液体中通常存在扩散“当我们想到冰时,它通常是从冰盒中取出的有序的结晶相,但是我们行星系统中最常见的冰形式是无定形的,即无序的有两种形式的低密度和高密度的无定形冰这两种形式可以相互转换,并且有人猜测它们可能与低密度和高密度形式的液态水有关

为了实验研究这一假设一直是一个巨大的挑战斯德哥尔摩集团现在已经克服了“我已经研究了无定形冰很长一段时间,目的是确定它们是否可以被视为玻璃状态代表斯德哥尔摩大学化学物理研究员Katrin Amann-Winkel说:“这是一个梦想成真的事实,如此详细地讲述了一种玻璃态的水如何变成粘性液体,几乎立即转变为另一种,更加粘稠,密度更低的液体“”在水中创造新发现的可能性非常吸引人,也是我进一步研究的灵感来源,“斯德哥尔摩大学化学物理学博士Daniel Mariedahl说道

自X射线辐射的先驱者以来,新的信息由X射线提供,WolfgangRöntgen自己推测水可以以两种不同的形式存在,并且它们之间的相互作用可以产生其奇怪的属性“”新的结果非常强烈支持一张图片,其中室温下的水不能决定它应该是两种形式中的哪一种,高密度或低密度,这导致l斯德哥尔摩大学理论化学物理学教授Lars GM Pettersson说:“这两者之间的波动很大”,简而言之:水不是一种复杂的液体,而是两种关系复杂的简单液体“这些新结果不仅可以创造一种全面的理解不同温度和压力下的水,以及水对生命重要的盐和生物分子的影响 此外,对水的了解日益增加,可以为未来如何净化和淡化水带来新的见解

鉴于全球气候变化,这将成为人类面临的主要挑战出版物:Fivos Perakis等,“扩散非晶冰中高密度到低密度转变期间的动力学,“PNAS,2017; doi:101073 / pnas1705303114资料来源:斯德哥尔摩大学