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科學家在深海發現「第四種水」:原來水並非只有固態、液態和氣態
2022/02/23
2022/02/23

大家都知道,水被譽為生命之源。以人類為例,我們可以一周甚至更長的時間不進行進食,但是一周不攝入水的話,可能就要被

水算得上是地球上最常見的東西了,畢竟我們的地球有71%都是海洋,而廣闊的海洋當中又有著豐富的海水。不過,我們平時說的水一般是指飲用的水源,它由氫和氧共同組成,看起來無色,喝起來無味,感覺並沒有什麼存在感,卻與我們的生命息息相關。

水的形態根據不同的氣壓以及溫度,會呈現出不一樣的變化。 在標準大氣壓之下,純水的沸點大約是100℃,而凝固點則為0℃。因此,有些生活在南方地區的人每當發現當地的天氣預報顯示「零下」時,就會異常的激動,因為這意味著本來要落下的「雨」說不定可以變成「雪花」。

那麼,科學家在海底發現的第四種水究竟是什麼呢? 其實,這種水叫做超臨界水,簡單來說,就是科學家們觀察到的在自然狀態之下處于超臨界狀態的水。首先,我們先來看看超臨界狀態到底是什麼,這種狀態指的是一種特殊的流體,當它處于臨界點附近時,其壓縮性就會增強,最終擁有溶解其他物質的獨特性能。

而發現超臨界水的科學家,是在一次考察當中意外地發現了這種現象。 根據相關報導資料來看,在2008年時,德國的科學家們對于大西洋中部山脊處的一個熱液噴口進行了考察研究。

他們發現這一位置的水溫很高,達到了464℃,而水的臨界溫度大概是374℃。可見這一水溫足以使那裡的水處于超臨界狀態了。當時從事這項研究的地球化學家安德里亞向人們介紹了相關的情況, 她表示科學家們在海底發現的這些熱液噴口,就像是一個煙囪,使得熱液與外部冰冷的海水相遇並且讓其中的物質凝固堆積。

安德里亞對這一發現非常興奮,她說,「它確實是水,但不是普通的水。這是人類第一次在自然狀態下觀察到超臨界狀態水的存在,以前人們只能在實驗室通過技術來達到水的超臨界狀態」。

可見,超臨界水之前就已經出現過了,不過是人類通過相關實驗,進行外部干預才使其產生了。但是這次海底的發現,無疑證明了,不用人為干預,自然界當中也有超臨界水存在。

超臨界水的相關性質

超臨界區域當中,水的相關性質都會發生改變,所以從這些改變來看,它就屬于「第四種水」。準確來說,超臨界水必須要在溫度和壓力都超過臨界值的時候才會發生變化。臨界溫度為374.15℃,臨界壓力則為22.05MPa。

如果將超臨界水和平時常見的液態水進行對比的話,就會發現它的熱力學參數會明顯地減小, 這其中包括密度、介電常數以及黏度等等。此外,還會呈現出擴散係數變大、傳質性能好,以及與某些物質和氣體能夠完全互溶的特殊性質。

其實水的大部分性質都是由一個東西決定的, 它叫做氫鍵,一般位于水分子之間。根據科學家研究發現, 超臨界水當中的氫鍵展現出了自己的特殊性質,並且即使溫度很高,它也不會消失。

G E Walrafen 等提出當溫度上升到臨界溫度時,飽和水蒸汽中的氫鍵的增加值等于液相中氫鍵的減少值,此時液相中的氫鍵約占總量的17%。

而超臨界水的密度會隨著溫度和壓力發生較大的變化,其變化的范圍在液態水和低壓水蒸氣之間,到達臨界點時密度大概是0.1克/立方公分。至于粘度也與水蒸氣和液態水有著明顯的差異,標準大氣壓和常溫之下液態水的粘度大還是0.001Pa·s,這一數值看起來很小確實水蒸氣的100倍左右。超臨界水的粘度則是0.298×10^-2Pa·s,因此它能夠變成具有高流動性的物質。

此外還有擴散係數、介電常數、溶解度等等,其具體數值和水的其他三種形態之間都存在著比較明顯的差異。這些差異使得超臨界水非常與眾不同,可以用于多個領域當中

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