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水加热到105℃,不会沸腾反而会结冰,究竟为什么?

科学 嘚儿架在路上

在标准大气压下,水结冰的温度是0℃,水沸腾的温度是100℃。可是你敢相信,水在105℃时不但不会沸腾,反而会结冰吗?麻省理工学院几位科学家曾经做过一个奇葩的实验,就是把水加热到105℃的时候,发现水竟然又结成了冰。这究竟是怎么回事呢?其实在正常情况下,水是不可能出现这样情况的,一个大气压下水达到100℃就会转变成水蒸气,更何况是105℃。所以水在105℃结冰的现象其实是科学家经过处理,在特殊条件下实现的。

水加热到105℃,不会沸腾反而会结冰,究竟为什么?

这个奇葩的实验原本是为了预测碳纳米管是否会排斥水分子的猜想,最后却得到了出人意料的结果。科学家们先找到一些非常细的碳纳米管,这些碳纳米管仅有几个水分子大小。首先他们往这些碳纳米管内注水,然后将这些碳纳米管加热。与科学家们预期结果不同的是,当测试温度达到100℃以上时,水居然变成了冰。

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在这次试验中,由于很难确定水固态化时的温度,所以105℃被默认为水固态化的最小值。其实在温度高达150℃以上时,水还是有可能结成冰。那么究竟是什么原因使得水在100℃以上也能结冰呢?其实这是由于碳纳米管过小的直径决定的,因为温度的不断升高导致水分子的运动状态发生了变化,但又由于碳纳米管非常的细小,水分子的活动受到了限制,无法向常态下液态水变成水蒸气一样逃逸掉。这种变化促使碳纳米管中的水在高温下结冰,这也印证了物极必反的道理。

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不但如此,科学家们通过实验还发现,直径不同的碳纳米管会使得水结成冰的冰点不同,即便碳纳米管的直径从1.05纳米扩大到1.06纳米水的冰点温度都会有数十度的差异。这也说明水在极其小的空间里,其冰点及沸点都会发生变化。看来我们对水的了解还是太过於单薄。水是我们生活中最常见的物质之一,每一种生物的生存都离不开水。全球海洋总面积3.6亿平方公里,约占地球总表面积的71%,甚至可以说水在宇宙中也是大量存在的。

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太阳系中的很多星球上都有水,比如木星卫星二、木星卫星三和木星卫星四,这三个卫星上的水甚至比地球上还多。一些科学家们认为,在一些类星体的附近,水可能多到难以置信的程度。彗星是太阳系中的小天体,分为慧核、慧发、慧尾三部分,慧核是由冰物质构成的,所以彗星上有很多的冰,当受到阳光的照射,这些冰会汽化成水蒸气喷发出去,喷发出去的水蒸气就好像彗星长长的“尾巴”。而在木卫二、木卫三、木卫四这样的卫星上,它们的表面更是有上百公里厚的冰层,冰层下面则是大量的液态水。

水加热到105℃,不会沸腾反而会结冰,究竟为什么?

水虽然很常见,但是它的物理性质却十分特别。水和很多其他物质都不同。比如在一个大气压下,温度是4℃的时候,水的密度最高,为一克每立方厘米,低于或者高于这个温度,水的密度都会变低。这就是冰可以浮在水面上的原因。而且它常温下的液态物体却不具备这种特性,因为通常同一种物质都是固体的时候,密度较大,液态和气态的时候密度较小,但是水却和它们不一样,水在宇宙中不同的地方,状态也是不一样的,在地球的表面,因为适宜的气压和温度,导致地表的水大部分都是液态,当温度降低到0℃的时候,水就会结成冰。而在一个大气压下把水加热到100℃,水就会汽化成水蒸汽。

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不仅是在大自然中,水在人体的作用更加不能忽视,水分子是一种极性分子,它对无机物和极性有机物有良好的溶解作用,它能溶解血管壁上沉积的杂物,使血管恢复弹性,对预防动脉硬化起到一定作用。水还有很强的渗透力,水分子通过与人体内其他分子的相互作用,可以渗入人体组织及细胞,将养分带入人体,并且排出废物,实现体内的新陈代谢。人体液内的各种物质均有一定的平衡浓度,浓度过大或过小,均会使身体不适。水在体内的扩散,可以调整溶解物的浓度。对于人来说,水是仅次于氧气的重要物质,在成人体内,他来分之60~70的质量是水,儿童体内水的比重更大,可达近80%。如果一个人不吃饭,仅依靠自己体内贮存的营养物质,甚至可以活上一个月,但是如果不喝水,连一周都很难度过,体内失水10%就会威胁身体的健康,失水20%就会有生命危险,可见水对生命的意义。如此重要且神奇的水,远远不止我们了解的这些,还有更多需要探索的秘密。

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