研究证实,过冷水可以以两种液态存在

2022-02-25 / 作者:猫咪资讯 / 来源:网络整理 / 阅读:849 /
内容摘要:
我们都熟悉的水的通常液态相当于常温下的液态水。然而,发表在《科学》杂志上的一项新研究表明,低温下的水以两种不同的液体状态存在,低压下的低密度液体和高压下的高密度液体;这两种液体性质明显不同,密度相差20%;结果表明,在适当的条件下,水应该作为两种不混溶的液体存在,由类似于油和水共......

我们都熟悉的水的通常液态相当于常温下的液态水。然而,发表在《科学》杂志上的一项新研究表明,低温下的水以两种不同的液体状态存在,低压下的低密度液体和高压下的高密度液体;这两种液体性质明显不同,密度相差20%;结果表明,在适当的条件下,水应该作为两种不混溶的液体存在,由类似于油和水共存的薄界面隔开。

Conceptual representation showing a glass containing two liquids of water separated by a thin interface; the bottom liquid is dense than the liquid at the top and, thus, shows that it is composed of water molecules closely packed. Image credit: Jerker Lokrantz / Anders Nilsson.

概念图示,显示了一种玻璃,其中含有由薄界面分隔的两种液体水;底部液体比顶部液体密度大,因此表明它是由紧密堆积的水分子组成的。影像学分:杰克尔·洛克兰茨/安德斯·尼尔森。

理论模拟表明,深度过冷的水经历了高密度和低密度形式之间的转变,但这种转变很难通过实验来研究,因为它发生在冰结晶极其迅速的条件下。

“水可能以两种不同的液体状态存在的可能性是大约30年前根据计算机模拟获得的结果提出的,”合著者尼古拉斯·乔瓦巴蒂斯塔教授说,他是布鲁克林学院物理系和纽约城市大学研究生中心的研究员。

“这个违反直觉的假设一直是水的化学和物理中最重要的问题之一,从一开始就是一个有争议的场景。”

“这是因为,由于在这两种液体应该存在的条件下,显然不可避免地会形成冰,因此能够获得水中两种液体状态的实验非常具有挑战性。”

Giovambattista教授和他的同事将用于快速结构确定的X射线激光与用于快速加热在大约200 K形成的无定形冰层的红外脉冲相结合

加热过程在增加的压力下产生高密度的液态水。

随着层的膨胀和减压,低密度液体出现,并在20纳秒和3微秒之间的时间尺度上增长。

这些过程的动力学为大量过冷水中的液-液转变提供了支持。

“两种液体的存在如何影响水溶液的一般行为,特别是这两种液体如何影响水环境中的生物分子,仍然是一个悬而未决的问题,”Giovambattista教授说。

"这激发了对潜在应用的进一步研究."

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景金桓等,2020。压力下大块过冷水中液-液转变的实验观察科学370(6519):978-982;doi: 10.1126/science.abb9385


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