水到底是一種液體還是兩種液體

　　來源：科技日報

　　水很尋常，它在生活中司空見慣，我們洗衣、做飯、飲用都離不開它。它可以變成水蒸氣，也可以結成冰。。。。。。我們似乎對水最了解不過了，但是，這看似普通的水卻仍然有很多待解的謎題，科學家甚至連它是一種液體還是兩種液體都還在争論呢。

　　在第二臨界點水是兩種液體?

　　衆所周知，水有3種存在形态：液态、氣态和固态。如果壓強或溫度改變，水的狀态就可能發生變化。溫度不變，壓強減小，液态水會逐漸轉變為氣态水。比如，在平原地區，90℃的水是液态的，但到壓強小的青藏高原就變成了氣态。壓強不變，溫度升高，液态水也會轉變為氣态水。

　　水在兩種形态相互轉化的過程中，總有一個過渡點。比如在液态和氣态相互轉化的過渡點上，水既會表現出液态水的性質，又會表現出氣态水的性質，如液似氣，兩種形态無法區分，過了這個點後，它就會變為非液即氣或非氣即液的狀态。這個點被稱為“臨界點”。比如，在标準大氣壓下，0℃是水在固态和液态之間轉換的臨界點，100℃是水在液态和氣态之間轉換的臨界點。

　　1992年，美國波士頓大學的科學家彼得·普爾和吉恩·斯坦利在做實驗的時候，意外發現，低溫下水的密度會發生起伏，溫度越低，密度起伏越大。他們對這一反常的現象很感興趣，因為通常情況下，溫度越低，分子越不活躍，密度起伏應該越小。

　　為了弄清這是怎麼回事，普爾和斯坦利的團隊模拟了水在過冷狀态下的變化，所謂過冷水指的是溫度低于0℃的液态水。模拟結果顯示，過冷的水中确實存在密度起伏，且密度起伏随溫度降低而增大。

　　對于這種密度的變化，他們給出的解釋是，水有第二臨界點。在第二臨界點之上，水會在兩種狀态之間快速轉變。由于兩種狀态性質不同，因此任意一種轉化成另外一種時，都會導緻突然的密度變化，這一變化在臨界點時最為顯著。在這個臨界點處，水由兩種密度不同的“水”組成。也就是水不是一種液體，而是兩種液體。

　　兩種液體的說法還沒有“實錘”

　　“所謂水是兩種液體，就是一種密度高一點的液體和一種密度低一點的液體的混合。因為密度不同，兩者之間的氫鍵、長度、相互作用的強度也會不一樣，這樣就使它的各種性質比如粘滞性和擴散系數，也有差别。”中國科學院物理研究所研究員孟勝告訴科技日報記者。

　　然而，對于水是兩種液體，不少人持懷疑态度，甚至有科學家批評這個結果是僞造的。大多數研究者認為水的性質可以用常規的理論來解釋。其中一種觀點認為，在非常低的溫度下，過冷的水會轉變成一種無序的固體，亦或是這是水在凝固時的一種特殊現象。

　　癡迷于水研究的瑞典斯德哥爾摩大學科學家尼爾森綜合了他多年來在常溫常壓下所做的水實驗的數據提出，水的确有兩種不同的液态，其中一種，水分子是無序而緻密的，另一種則是規則的四面體結構，密度較低。在常溫常壓下，低密度的水分子随機嵌入高密度水分子中，但人們不可能看到這種現象。在衆人的質疑聲中，尼爾森決定用實驗來讓大家看到水的第二臨界點。2017年，他遠赴韓國，借用進的技術制出超純淨的液态水，并通過實驗證明了水在同一壓強、同一溫度時，存在兩種不同的密度，他興奮地宣布，找到了水的第二臨界點。

　　有不少人認同尼爾森的實驗結果，但還有人提出了質疑，認為實驗中記錄對象是水滴，而水滴在整個過程中體積的變化極小，對于這微小的體積變化的解釋有許多種，而第二臨界點隻不過是其中一種，尼爾森不過是為了切合自己的設想而選中了這種解釋。

　　在孟勝看來，雖然一直都有人認為水是兩種不同性質的液體的混合，但現在還沒有确鑿的證據，并沒有被完全證實，這種觀點還處在假說的階段。

　　相關鍊接

　　水是兩種液體?冰也有17種形态呢!

　　據的統計，固态水即冰共有17種晶體形态。但是在實驗室外，隻有一種是地球上普遍存在的，它稱為“冰Ih”。還有一種冰Ic，隻少量存在于大氣圈上層。此外的15種冰，隻有在極高的壓力下才能産生。冰晶之所以形态如此多樣，都是因為相鄰的水分子用強大的氫鍵構成了一個四面體的網絡。當水處于凝聚态時，每一個水分子都會形成近乎四面體的4個氫鍵，從而限度地與其他水分子結合。冰Ih中的氫鍵構成了一個開放立體、且密度較低的結構。

　　将壓力施加到冰晶、元素碳、矽和磷之類的四面體物質上，就能将密度較低的固體壓縮成一系列密度較高的結構，而且這個過程有可能推進到這些物質密度的極限。這造就了我們目前觀察到的冰晶的17種形态。不知道未來還會不會發現更多形态的冰。