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来源:     时间:2018-01-02 12:50:11

瑞典一项新研究发现,水能在两种不同的液相形态间振荡切换,这种振荡在零下44摄氏度最为剧烈,导致水的一些物理性质在这个温度下表现得最为奇特。

与其他物质相比,水的物理性质独具特点。例如,多数物质的密度会随温度降低而增大,并且固态密度大于液态;但水的密度在4摄氏度时最大,而冰的密度反而比液态水小。一直以来科学家对这些特性的成因充满好奇。

斯德哥尔摩大学教授安德森·尼尔松领衔的团队此前研究发现,水能以两种不同密度的液相形态并存,并在两者之间振荡切换。

在最新研究中,这个团队利用X射线激光器,在不同温度下向高纯度液态水样本发射持续时间超短的X射线脉冲。在不改变压力情况下,即使温度低于零摄氏度,高纯度水样本的结冰率也很低。他们获得的图像显示,随着温度降低,水在两种液态间的振荡逐渐增强,在零下44摄氏度时这种振荡状态达到峰值。

研究人员解释说,两种液态水的密度和粘度不同,水分子键的连结方式也不同。正是因为水不停地在两种液相间振荡,所以表现出了一些奇特物理性质。比如零摄氏度以下液态水会持续膨胀,而且温度越低膨胀越明显,压缩性和热容量也会显著变化。在零下44摄氏度振荡最剧烈时,水的物理性质也表现得最奇特。

“过去几十年来,(科学界)有很多猜测和理论来解释水分子独特性质的成因,以及为什么随着温度降低,这些独特性质表现得越发明显。现在我们找到了这样一个峰值,这意味着在压力不断升高过程中也存在一个拐点。”尼尔松说。

这项研究即将发表在美国《科学》杂志上。

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