水的特殊之處

水是生活中最常見的東西之一，但為什么科學(xué)家還認為我們不夠了解水呢？純粹的水，真的很難結(jié)冰嗎？為什么科學(xué)家認為水有兩種液體？我們不是只看到一種嗎？今天，就讓我們一起，重新認識下水吧。

水是由氫、氧兩種元素組成的無機物，它也是人類生活中必不可少的東西。關(guān)于地球上的水是從哪里來的，有觀點認為，在地球形成初期，原始大氣存在著氫、氧原子，他們相互結(jié)合變成水蒸氣，最后下落形成了初期的海洋。

問題在于，我們真的足夠了解水嗎？有一個很簡單的問題：水是濕的嗎？這個問題的答案顯而易見，連3歲的小孩子都可以回答，水當(dāng)然是濕的。但是它的科學(xué)性質(zhì)，并不是那么簡單。

水其實真的很奇怪，比你的認知里的要奇怪得多，它不同于大多數(shù)液體，水的表面張力比其他液體都高。能夠溶于水的固體所需量，一般比溶于其他液體的都多。水幾乎是宇宙中唯一一種固態(tài)物質(zhì)密度低于液態(tài)物質(zhì)的液體，這就是為什么冰可以漂浮在水面上。而它的非凡特性歸結(jié)為一個簡單的鍵：氫鍵。

我們都知道水是由一個氧原子和兩個氫原子結(jié)合而成的，由于共享電子與更大、更具電負性的氧原子并排，水變成了極性分子，氧端是負的，而氫端是正的。水的極性，決定了它能夠與一切事物相互作用，包括驅(qū)動生命的細胞機制。當(dāng)兩個水分子相鄰時，它們的兩端也會互相吸引， 就像磁鐵一樣。

據(jù)科學(xué)家們分析，在地球表面的環(huán)境條件下，水實際上應(yīng)該是以氣體存在，而水分子間的氫鍵使水具有粘性，使其保持液態(tài)。當(dāng)水降低到很低的溫度時，會發(fā)生兩種情況。如果水是純水，里面不夾雜任何其他雜質(zhì)，那么它在低溫下也不會結(jié)成冰，因為任何物質(zhì)溶于水中都會升高水的冰點，反之純水的壓力比有雜質(zhì)的水的壓力高，所以冰點上升，沸點下降。但凡有一?；覊m掉進過冷水里，它就會立馬結(jié)成冰塊。而另一種情況，就像我們?nèi)粘Ｉ钪幸姷降乃Y(jié)成冰一樣。

科學(xué)家早就在不斷探究水的奇特性質(zhì)了，但始終沒有太大的收獲。直到瑞典斯德哥爾摩大學(xué)的安德斯·尼爾森等人，公布了他們的最新研究結(jié)果：水不是一種液體，而是兩種。但我們大家都知道的是，水有氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)三種形態(tài)，那這兩種液體如何理解呢？

2017年安德斯·尼爾森和他的團隊近距離觀察水時，研究小組將微米級的水滴注入真空中，使它們進入到超冷的狀態(tài)，然后用x射線激光脈沖探測水的分子結(jié)構(gòu)。激光脈沖只有萬億分之一秒長，但是研究小組仍然可以捕捉到多個幀，能夠看到分子之間的結(jié)構(gòu)是如何隨著時間的推移而改變的。

結(jié)果，科學(xué)家就發(fā)現(xiàn)，純水在溫度降低的時候，密度會發(fā)生波動，而且溫度越低波動的程度越大。質(zhì)量肯定是不會變的，所以，水的體積是波動的。最后，科學(xué)家們總結(jié)出來，與其說是兩種液體，不如說是液體的兩種形態(tài)，一種是有序態(tài)，而另一種就是無序態(tài)。

溫度升高的時候，排列有序的水分子就會吸收熱量，變成無序狀態(tài)。因為無序狀態(tài)的水，空間利用率比較高，密度比較大。所以這個過程中，水的密度是逐漸變大。在4℃的時候，水分子絕大部分都是無序狀態(tài)排列，這時的密度就是最大的。

研究團隊還在研究水在液態(tài)和固體之間的轉(zhuǎn)化時，水會存在非液即固，非固即液的狀態(tài)，這個點就被稱為第二臨界點。這個實驗?zāi)軌蚪忉屗脑S多反?，F(xiàn)象，并有助于我們更好地理解一些水形成的現(xiàn)象，如生命的形成、海冰融化，以及如何更好地淡化海水。