研究人员证明水能以多种不同的液态存在

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水是一种普遍存在的液体,具有许多高度独特的特性。它对压力和温度变化的反应方式与其他液体完全不同。这些特性在许多实际应用中至关重要,正如我们所知,对生活尤其重要。长期以来,这些异常现象的成因一直是科学探索的一个源泉,但现在,一个包括纽约城市大学教授尼古拉斯·乔万巴蒂斯塔(Nicolas Giovambattista)在内的国际研究小组已经证明,水可以以两种不同的液态存在——这一发现可以解释水的许多异常特性。他们的研究发表在11月20日的《科学》杂志上。


研究人员证明水能以多种不同的液态存在


“大约30年前,根据计算机模拟的结果,就提出了水可能以两种不同的液态存在的可能性,”Giovambattista说。这个违反直觉的假设一直是水的化学和物理学中最重要的问题之一,而且从一开始就是一个有争议的设想。这是因为在这两种液体应该存在的条件下,冰的形成显然是不可避免的,因此能够在水中达到这两种液体状态的实验非常具有挑战性。”


通常的“液体”状态的水,我们都熟悉对应于液态水在正常的温度下(大约25摄氏度)。然而,这篇论文表明,水在低温下(大约-63摄氏度)存在于两种不同的液体状态,在低压力和低密度液体高密度液体在高压力。这两种液体有明显不同的性质,密度相差20%。结果表明,在适当的条件下,水应该以一种类似油与水共存的薄界面分离的两种不可混溶的液体的形式存在。


因为水是最重要的物质之一,即溶剂利用我们所知道的生命阶段的行为在不同的领域发挥着重要的作用,包括生物化学、气候、低温贮藏,低温生物学、材料科学、和在许多工业过程中,水作为溶剂,产品,反应物或杂质。由此可见,水的不同寻常的相行为特征,如两种液态的存在,会影响许多科学和工程应用。


Giovambattista说:“两种液体的存在一般如何影响水溶液的行为,特别是两种液体如何影响水环境中的生物分子,这仍然是一个有待解决的问题。”“这推动了对潜在应用的进一步研究。”


Giovambattista是纽约市立大学物理和化学博士项目的成员。


这个由斯德哥尔摩大学化学物理学教授安德斯·尼尔森领导的国际研究小组,通过复杂的实验和计算机模拟来证明这一理论。这项由Giovambattista描述为“像科幻小说一样”的实验是由他在瑞典斯德哥尔摩大学、韩国POSTECH大学、韩国PAL-XFEL和加州SLAC国家加速器实验室的同事们进行的。计算机模拟是由Giovambattista和加拿大圣弗朗西斯泽维尔大学教授Peter H. Poole完成的。计算机模拟在解释实验过程中发挥了重要作用,因为这些实验是非常复杂的,在实验过程中有些观测值是无法获得的。

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