水的奇怪狀態(tài)似乎同時是固體和液體

水可能看起來很無聊，但是這更奇怪了比看起來要多。日本的科學家現(xiàn)在已經(jīng)證明，當被限制在狹小的空間內(nèi)時，水分子可以同時表現(xiàn)為固體和液體。

我們在宏觀尺度上體驗到的液態(tài)水和冰之間的差異始于微觀。在冰中，分子被鎖定在剛性結(jié)構(gòu)中，而在水中，它們本質(zhì)上是自由漂浮的，不斷形成和斷裂鍵。

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在新論文中描述的特殊狀態(tài)下，分子可以同時做這兩件事。它們處于固定位置，就像冰一樣，但旋轉(zhuǎn)速度像在液體中一樣快。稱為預熔狀態(tài)，這種情況以前沒有直接研究過。

“預熔狀態(tài)涉及不完全氫鍵的 H 的熔化₂O 在完全凍結(jié)的冰結(jié)構(gòu)在加熱過程中開始融化之前，”說Makoto Tadokoro，東京理科大學化學家。

“它本質(zhì)上構(gòu)成了一種新的水相，其中冷凍的 H₂O 層和緩慢移動的 H₂哦，共存。

看到這種奇怪的狀態(tài)需要復雜的實驗設置。首先，水并不完全是我們在日常生活中習慣的類型：它是所謂的“重水”，氫原子被替換為氘，一種氫同位素，在其原子核中裝有中子。

這個“D₂O“然后被限制在一個極其狹窄的空間中，各種奇異的行為都會出現(xiàn)。研究人員制造了具有僅 1.6 納米寬的微小親水通道的棒狀晶體，凍結(jié)其中的重水，然后慢慢將它們加熱回來。

最后，他們使用靜態(tài)固態(tài)氘觀看了整個過程核磁共振（核磁共振）波譜。這表明分子正在形成一個分層的三層結(jié)構(gòu)，每一層都有不同類型的運動和相互作用。

這預熔狀態(tài)我們最熟悉的可能是在冰表面形成的一層薄薄的水膜，即使溫度仍低于冰點。但它在大塊冰中發(fā)生的方式與在極端限制下發(fā)生的方式不同。

眾所周知，當水被限制在納米尺度上時，會做一些奇怪的事情。其電氣特性可以改變;它可以制作'無法凍結(jié)' 即使在接近絕對零度的溫度下，或者它可以在溫度下凍結(jié)固體這應該讓它沸騰。

該團隊表示，利用這些怪癖也可能有實際用途。

“通過創(chuàng)建新的冰網(wǎng)結(jié)構(gòu)，或許可以儲存氫氣和甲烷等高能氣體，并開發(fā)人工天然氣水合物等水基材料?！?a>說田所。

該研究發(fā)表在美國化學會雜志.

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