高德平台科学家们发现了水的一种新状态

时间:2020-05-27 作者:河南《高德娱乐》 热度:
高德平台出行,高德平台

高德娱乐-Q554258报导: 我们在学校的科学课上学到的最基本的东西之一就是水可以以三种不同的状态存在,可以是固态,液态水,也可以是气态。但是一个国际科学家小组最近发现了液态水可能来自两种不同状态的迹象。
 
在发表于《国际纳米技术杂志》的一篇实验论文中,研究人员惊奇地发现,水的许多物理性质会在50℃到60℃之间改变它们的行为。这一可能转变为第二种液态的迹象可能会在科学界引发一场激烈的讨论。而且,如果得到证实,它可能会对包括纳米技术和生物学在内的一系列领域产生影响。
 
物质的状态,也被称为“相”,是研究由原子和分子组成的系统的一个关键概念。粗略地说,一个由许多分子组成的系统可以根据其总能量排列成一定数量的构型。在更高的温度下(因此能量更高),分子有更多可能的构型,因此更无序,可以相对自由地移动(气相)。在较低的温度下,分子的构型数量更有限,因此形成更有序的相(液体)。如果温度进一步下降,它们就会排列成一种特定的结构,产生一种固体。
 
这种情况在相对简单的分子中很常见,比如二氧化碳或甲烷,它们有三种不同的透明状态(液体、固体和气体)。但是对于更复杂的分子,有更多可能的构型这就产生了更多的相。一个漂亮的例子就是液晶的丰富特性,它是由复杂的有机分子形成的,可以像液体一样流动,但仍然具有固态的晶体结构
 
因为物质的相位是由其分子的结构决定的,物质的许多物理性质会随着从一种状态到另一种状态而突然改变。在最近的一篇论文中,研究人员测量了正常大气条件下(意味着水是液体)0℃到100℃温度下水的几个明显的物理性质。令人惊讶的是,他们发现水在50℃左右的表面张力和折射率(测量光在水中传播的方式)等特性中存在一个扭结。
 
特殊结构
 
氢键。维基共享,CC BY-SA
 
怎么会这样呢?水分子的结构,H₂O,是非常有趣的,可以见像一个箭头提示,与两个氢原子在顶部的氧原子侧面。分子中的电子倾向于以一种相当不对称的方式分布,使得氧侧相对于氢侧带负电荷。这个简单的结构特征导致了水分子之间的一种相互作用,称为氢键,其中相反的电荷相互吸引。
 
这使得水的性质在许多情况下打破了观察到的其他简单液体的趋势。例如,与大多数其他物质不同,固定质量的水作为固体(冰)比作为液体(液体)占据更多的空间,这是因为它的分子形成特定规则结构的方式。另一个例子是液态水的表面张力,它大约是其他非极性的简单液体的两倍。
 
水很简单,但不要太简单。这意味着解释水的额外相的一种可能性是它的行为有点像液晶。分子间的氢键在低温下保持一定的秩序,但在高温下,最终可能需要第二种不那么有序的液相。这可以解释研究人员在数据中观察到的异常现象。
 
如果得到证实,作者的发现可能会有很多应用。例如,如果环境的变化(如温度)导致物质物理性质的变化,那么这可能用于传感应用。也许更根本的是,生物系统主要由水组成。生物分子(如蛋白质)如何相互作用可能取决于水分子形成液相的具体方式。了解水分子在不同温度下的平均排列方式,有助于理解它们在生物系统中是如何相互作用的。
 
这一发现对于理论学家和实验主义者来说是一个激动人心的机会,也是一个很好的例子,说明即使是最熟悉的物质也仍然隐藏着秘密。
声明:本文内容由互联网用户自发贡献自行上传,本网站不拥有所有权,未作人工编辑处理,也不承担相关法律责任。如果您发现有涉嫌版权的内容,欢迎发送邮件至:569980890@qq.com 进行举报,并提供相关证据,工作人员会在5个工作日内联系你,一经查实,本站将立刻删除涉嫌侵权内容。