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                水是两种液体:迷信家发明了水的液-液相临界点
                原理 Admin / 工夫:2020-07-27 10:38:27

                举世迷信07月24日讯:最新研讨中,研讨职员对两种差别的水的模子停止了剖析和研讨,针对两个模子辨别运用了两种差别的盘算办法,而这两种办法都表现出了一个处于亚稳态的液-液临界点。

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                水,影响着我们生存的方方面面。它塑造了我们寓居的天然情况,在我们所知的浩繁生命所必须的次要物理和化学进程中,饰演中至关紧张的脚色。水是云云平凡,又云云必不行少。但是,有太多与水有关的独特奥妙,都隐蔽在它朴素无华的表面之下。

                水有着很多在实质上有别于其他大少数物质的物理特性,此中一些至今困扰着迷信家。比方,为什么水在解冻成冰时,体积会收缩而不是膨胀?为什么水在被紧缩时,粘性会低落?以及为什么水可以拥有至多17中差别的晶相……

                要怎样表明这些奇异的景象?迷信家对这些题目曾经研讨了数十年。1992年,意大利物理学家Francesco Sciortino初次提出了一种实际,他以为在十分低的温度下,水能以两种差别的液体方式存在,此中一种的密度比另一种更小;且在如许两种差别的液相之间,存在一个临界点。

                这一创始性的想法被宣布在了事先的《天然》杂志上,但是却不断备受争议。由于不断以来,没有人在实行中发明过这种临界点存在的迹象。直到如今,一项新的研讨为这种实际提供了强无力的证据,研讨后果被登载在了近来的《迷信》杂志上。

                在新的研讨中,研讨职员对两种差别的水的模子停止了剖析和研讨,这两种模子辨别为TIP4P/2005和TIP4P/Ice。为了寻觅水的“液-液”临界点,研讨职员针对两个模子辨别运用了两种差别的盘算办法。而这两种办法都表现出了一个处于亚稳态的液-液临界点。

                新研讨中所树立的模子可以十分精准地描绘水的真实验为。但是,运转如许一个模子黑白常耗时的,即便研讨职员运用的是功用非常弱小的盘算机停止模仿,他们也消耗了约莫1.5年的盘算工夫才得出了这一后果。从这两个模子来看,当压弱小约是海立体大气压的2000倍时,水的液-液临界点辨别为172开尔文(TIP4P/2005)和188.6开尔文(TIP4P/Ice),或许说辨别为-101℃和-84.5℃。他们置信,这一发明是继续了数十年的为了寻觅水的非常性子面前的根本物理缘由的严重打破。

                最早提出了这一假定的Sciortino也是这项新研讨的合著者之一。关于新的发明,他表现他感触无比欣喜。他说:“你可以想象当我们开端看来临界动摇完全依照预期的方法运转时的高兴。如今我终于可以睡个好觉了,由于在25年之后,我最后的想法终于失掉了证明。”

                几十年前,他提出当水被冷却到低于冰点的温度,并同时维持液体形态(一种在地面云层中呈现的“过冷”形态)时,那么在压强充足高的状况下,水会展现出两种共同的液体方式。但是由于过冷的水有敏捷解冻成冰的趋向,因而这一景象难以在实行中完成。而在新研讨中呈现的液-液临界点,是Sciortino漫长而孤单的等候进程中的火光。

                如今,研讨职员可以在模仿中明白地看到,当水的温度被低落到低于冰点的过冷范畴时,水的密度正如预测的那样猛烈动摇。这两种相在低于冰点的温度和充足高的压力下共存于一种不波动的均衡中。当温度持续降落,两种液相就会互相拉扯,直到此中一方胜出,接着整个液体的密度都市酿成低。

                水之以是可以同时存在两种液相,是由于水分子的外形能以两种方式的联合。在密度较低的液相中,四个水分子集聚集在一个位处两头的第五个水分子四周,构成一个四面体的多少外形;在密度较高的液相中,则还会有第六个分子会挤出去,从而添加结果部密度。

                关于水的奇异特性的研讨曾经继续了数十年。水是生命的液体,我们猎奇于关于生命来说,为什么水是云云的不行替换。有迷信家以为,水之以是能成为生命的源泉,大概与它的那些非常举动有关,由于这些是其他液体所不具有的。而这类对水的奇特特性的研讨,大概有天能为我们了解生命的来源带来新的见地。