水不简单:实验发现的相变或将改写水的结构理论

点击上方蓝字,关注我们!

原文作者:John S. Tse

之前的一项经典研究显示,晶态的冰在压缩后会进入非晶态。而目前的实验发现了另一种可能的相变,这一发现或将改写水的结构理论。

水可不是一种简单的化合物——它表现出许多异常的物理行为,而且到目前为止还没有令人满意的解释。因此,任何有关各种凝聚态水结构的新进展都是受到学界欢迎的。Tulk等人在《自然》杂志上撰写了一篇关于高压水的研究报告【1】。他们发现水在高压下会形成一系列的晶体,而不是之前的研究所报导的非晶体。

来源:Pixabay

普通晶态冰的熔点随着压强的增加而降低。这一观察启发了1984年的一项具有里程碑意义的研究,该研究的目的是为了确定冰在低温压缩时是否会“融化”,形成类似液态水的无序分子结构固体【2】。该研究表明,在77 K的温度下压缩的冰会形成被称为高密度非晶(HDA,high-density amorphous)冰的致密物相,可在低温和正常大气压下恢复到原来的晶体状态。值得注意的是,在正常大气压下加热时,HDA冰会转变成低密度非晶(LDA, low-density amorphous)冰,而不会恢复到其原来的晶体状态【3】。

在连续加压和减压条件下进行的测量表明,HDA冰和LDA冰相互转换时体积的变化是不连续的,并且这两种冰之间的过渡是可逆的,似乎不涉及任何中间态【4】。这些结果说明这一过程可能属于热力学一阶相变。如果真的是这样,我们可能就需要重新审视水的相图,也即水的不同热力学状态与温度和压力的关系。

水的相图的细节其实还不明确。一种可能性是HDA冰和LDA冰在相图上的边界延伸并终止于过冷水的区域(过冷水在温度已经低于冰点的情况下依然是液体)。该边界的末端被称为临界点。高于临界点时,水将是两种不同密度液体的混合物。这种双液模型(two-liquid model)的一个特征是压缩冰将形成两种密度迥异的非晶态固体,而且这两种非晶态固体与之前提到的两种液相相对应【5】。为了找到能支持双液模型以及证明压缩冰中存在不同非晶相的证据,研究人员开展了大量的实验和计算工作。

微信扫一扫 分享到朋友圈
微口订阅号

关注订阅号

社交媒体运营经验交流
流量电商行业动态讨论

热点事件
微口订阅号

关注订阅号

社交媒体运营经验交流
流量电商行业动态讨论

阅读下一篇
微口订阅号

自媒体运营攻略
行业经验交流

关闭

创建藏点

藏点名称
藏点说明
藏点封面
转藏至我的藏点 +新建藏点
    关闭
    确定 取消