证据表明,水存在于两种液体形式

有两种形式的液体水吗?自从爆发了这场辩论的想法是在25年前首次提出。现在增加了一项新研究表明,确实有两个。它报告直接实验证据之间的相变两个液体状态,但在一个离子解决方案,而不是纯水。¹然而,研究人员说,水混合物的状态是在纯散装液体一样,强烈建议水本身可能会显示类似的行为。

物理学家说,“这是真正出色的工作尤金·斯坦利波士顿大学的我们,谁没有参与这项研究。的实验提供了迄今为止最引人注目的实验证据支持这一假设。”

但没有确凿的证据的相变在水本身,说巴勃罗Debenedetti普林斯顿大学的我们。推理是优雅而实验似乎做得好,”他说。但结果是暗示——不,当然不,可能发生了什么在水中”。

模拟状态

认为水有两个液体州在1992年提出了斯坦利,他的博士后研究员彼得·普尔和他们的同事。²他们的电脑模拟显示液体分离成两个国家不同的密度,划定了一个一阶状,如冻结相变,结束于一个临界点在特定的温度和压力两个阶段变得无法区分。

问题是,这一切都发生在水中深过冷低于冰点,在高压挤压。在这些条件下液态只是亚稳:暂时稳定,但比冰少。过冷的水不会冻结,但只有一个点。随着过冷变得更深,越来越难阻止冰晶成核和触发冻结在整个系统。在以下条件预测液-液转换- -75°C以上几千个大气压压力——冰形成防止或多或少是不可能的。

一些实验试图探测水在深过冷条件下,例如通过封装在小乳液液滴减少冰成核的机会。但是没有一个曾经达到过的亚稳的无人小岛上的液-液转换预计。

依赖电脑模拟来推断出什么水在这些条件下是危险的,然而。水——一个极不寻常的液体,是因为其强大的定向氢键,是出了名的难以准确模拟。一些研究人员认为,计算显示液-液相变并不可靠,和这两个阶段是模拟的人工制品,没有被允许达到平衡。³也有人质疑这种说法。⁴

两个国家的解决方案

但现在桑德Woutersen和Bernd实体荷兰阿姆斯特丹大学的和他们的同事们已经找到一种方法来防止过冷水冻结——尽管通过渲染的不洁的盐离子三氟醋酸盐。

的基本思想是通过溶质抑制冰结晶,“Debenedetti说。避免通过添加盐,水冰的形成是一个众所周知的效果。但这个特殊的盐溶液有什么不同寻常的是,它仍然显示几乎“理想”的行为⁵,这意味着溶质似乎没有改变液体的结构。Debenedetti解释说,在这种情况下,人会预计只有适度偏差水从纯液体的结构。Woutersen和他的同事报告计算机模拟显示解决方案中的任何改变水的结构就像那些在纯水压力。红外光谱,探讨了地震动的水分子氢键的性质,是敏感,似乎证实,大部分水分子有一个本地环境非常相似的散装液体。这是由于离子和三氟醋酸盐离子可以参与氢键的方式在很大程度上保留了这种结构。

盐溶液可以深过冷,到-133年左右^oC没有冻结。在-80左右^oC溶液经历什么似乎是一个一阶相变,根据红外光谱,包括两个液体状态——而不是,过渡到一个玻璃状固体。

冰的结晶的剧透所有其他试图看看水“想做”的无人地带,”作者说奥斯丁天使亚利桑那州立大学的我们。我们用理想的法律解决方案把“结晶窗帘”一边足以看到类似的可逆的液-液转换模拟显示。

问题仍然存在

最终,双液相在水亚稳的现实需要证明在纯液体或伪造,Debenedetti说。的同时,谨慎选择系统,热力思维的清晰和护理执行这项工作的持续探索阶段做出有价值的贡献行为深过冷的水,”他说。

不过,一些研究人员正在保留判断是否这个系统可以告诉我们任何关于液体水本身。的实验看起来听起来,但是否有与纯水是一个开放的问题,”说艾伦酣睡卢瑟福阿普尔顿实验室的英国。有许多例子的液-液转换相关的临界点混合物和解决方案,但这一事实不能被用来暗示水本身有这样的转变。”

丹尼尔Bowron在卢瑟福阿普尔顿,也同意了。的论文让我更多的问题,而不是答案,”他说。仔细的实验工作显然已经被执行和数据是美丽的,但这是否说任何关于水的行为和属性是伸展。即使局部结构的模拟表明,水是保存在解决方案,他补充道,“液-液分离最终发生在更长的长度尺度比first-neighbour互动”。更重要的是,Debenedetti酣睡,Bowron都同意红外光谱学是一个相当生硬的工具来探测是否看到的确实是一个一阶相变的变化。

然而,天使还乐观地认为,他们可以得到更接近纯水的行为方式。这些解决方案应该一样容易乳化的调查方法。所以我们应该能够推高,含水量没有冰形成用乳剂。我们不是在这条路的尽头。”