發現水的不尋常的性質

示意圖顯示了取決於溫度的兩種不同局部結構（高密度紅色和低密度液體藍色）的區域之間的波動。 觀察到熱力學

研究人員使用X射線雷射器，

能夠繪製出兩種不同狀態之間的水在冷卻時如何波動。 在-44℃時， 這些波動達到最大值， 表明水可以作為兩種不同的液體存在。 研究結果將發表在科學雜誌上。

與其他物質相比， 水在地球上的生活是普遍的和必要的， 表現得非常奇怪。 水的密度， 比熱， 粘度和壓縮性如何對壓力和溫度的變化作出反應， 與我們所知道的其他液體完全相反。

我們都知道， 所有的物質在冷卻時都會縮小， 導致密度的增加。 因此， 我們期望水在冰點時具有高密度。 然而， 如果我們看一杯冰水， 一切都是顛倒的， 因為我們預計0°C被冰包圍的水應該在玻璃杯的底部， 但是當然， 正如我們所知， 冰塊是浮在水面上的。 對於液態來說， 奇怪的是，

水在4攝氏度是最密集的， 因此無論是在玻璃還是在海洋中， 它都停留在底部。

如果你將水冷卻到4度以下， 它會再次開始膨脹。 如果繼續將純水（結晶速率低）冷卻到0以下， 它會繼續膨脹 - 當溫度下降時， 膨脹甚至會加速。 當水被冷卻時， 諸如壓縮性和熱容量的許多性質變得越來越奇怪。 現在， 斯德哥爾摩大學的研究人員在日本和韓國的X射線雷射器的超短X射線脈衝的説明下， 成功地確定了水在-44°C達到奇特行為的高峰。

水是獨一無二的， 因為它可以以兩種液態存在， 具有將水分子結合在一起的不同方式。 水在這些狀態之間波動， 好像它不能下定決心， 這些波動在-44°C達到最大值。 正是這種能力從一種液體狀態轉變為另一種使水具有不尋常特性的能力，

並且由於冷卻時的波動也增加了， 所以奇異性增加了。

斯德哥爾摩大學化學物理學教授安德斯·尼爾森（Anders Nilsson）說：“特別的是， 我們能夠在冰凍之前快速地進行X射線， 並能觀察到冰點之間的波動。 “幾十年來一直有猜測和不同的理論來解釋這些顯著的特性， 為什麼當水變得越來越冷時， 它們變得更強了， 現在我們已經找到了這樣一個最大值， 這意味著在更高的壓力下也應該有一個臨界點。

這項研究的另一個顯著的發現是， 正常水和重水之間的不同尋常的性質是不同的， 並且對於較輕的水更加強化。 斯德哥爾摩大學化學物理學博士後Kyung Hwan Kim說：“這裡給出的兩種同位素H2O和D2O之間的差異顯示了核子量子效應的重要性。

斯德哥爾摩大學化學物理專業的博士生AlexanderSpäh說：“在諸如水之類的大量研究課題中發現新的發現的可能性是非常有吸引力的， 也是我進一步研究的一大啟發。

斯德哥爾摩大學化學物理學博士後Harshad Pathak說：“能夠在如此低溫的條件下測量水分而不會凍結是一個夢想。 ” “世界各地的許多嘗試都是為了尋找這個最大值。 ”