|你喝下的每一口水,都藏着这5个未解之谜( 二 )
3、水是如何蒸发的?
液态水的蒸发速率是现代气候模型中主要的不确定因素之一 。 它决定了云中水滴的大小分布 , 而水滴的大小反过来决定了云是如何反射、吸收和散射光线的 。
但是 , 水蒸发的确切机制还没有被完全理解 。 蒸发速率通常表示为:分子间的碰撞速率乘以一个修正因子 , 这个因子也被称为蒸发系数 , 在0和1之间变化 。 在几十年的时间内 , 这个系数的实验测定值的变化幅度甚至超过3个数量级 。 而对这个系数的理论计算也遇到了阻碍 , 这个过程需要庞大的计算量和很长的模拟时间 。
加州大学伯克利分校的David Chandler和同事利用了一种能够描述这种现象的理论 , 即过渡路径取样(transition path sampling) , 计算了水的蒸发系数 。 他们得出了一个接近1的数值 。 这与最近的液体微喷(liquid microjet)实验结果相当 , 在该实验中普通水和重水的蒸发系数均为0.6 。
然而 , 还是有几个问题存在 。 首先 , 目前仍然不清楚为什么在与大气压相当的条件下进行的实验得到的数值要低得多 。 另外 , 过渡路径取样模拟理论表明 , 蒸发的本质在于一种异常大的毛细波 , 会沿着垂直于液体表面的方向移动 , 它拉长了与要蒸发的水分子相连的氢键 , 从而削弱了这些氢键的力量 , 使水分子能够摆脱彼此间的束缚、蒸发出去 。 在水中加入盐会提高表面张力 , 从而抑制毛细波的振幅 , 这理应会降低蒸发速率 。 但实验结果表明 , 加入盐对蒸发速率几乎没有影响 。
4、水的表面是酸性还是碱性?
有关尼亚加拉大瀑布周围的雾气不同寻常的一点在于:单个水滴的流动就像可移动的负电荷一样 。 大多数瀑布也是如此 。 长期以来 , 这种现象被用来证明 , 液滴表面聚集的是带负电的氢氧根离子(OH-) , 这意味着液滴表面是呈碱性的 , pH值大于7 。 事实上 , 在胶体科学领域 , 这种想法已经成为了一种默认的“事实” 。
液态水的表面含有大量断裂的氢键 , 因此表面的化学环境完全不同于体相(没有断裂的化学键) 。 最近的一些实验和计算研究指出 , 液态水的表面有可能是由氢离子(H+)主导的 , 而不是胶体科学通常认为的氢氧根负离子 , 这样就产生了酸性的 (pH值小于7)带正电表面 。
化学和生物学中的许多重要过程 , 如大气中的气溶胶-气体交换、酶催化和跨膜质子运输 , 都涉及到水表面的质子交换 , 而且直接取决于水表面的pH值 , 但它目前仍然是一个未知的量 。
5、纳米水有什么不同?
水并不总是流动在海洋里 。 无论是在自然界还是在人造设备中 , 水经常被限制在难以想象的微小空间内 , 比如反胶束、碳纳米管、质子交换膜和干凝胶(一种多孔的玻璃状固体) 。
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