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在自然界中 , 我们可以看到 , 水的形式可以有三种 , 固态的冰、液态的水、气态的气体 。
水的组成元素是氢和氧 , 在不同的温度条件中 , 这三种状态可以相互转化 。
比如当温度达到0℃时 , 液态水就会逐渐变成固态冰 , 当温度不断增加时 , 水就会逐渐变成气态水蒸气 , 当水蒸气升入空中后 , 受到低温影响 , 或者体积被压缩 , 就会逐渐液化成雨滴降落 。
而实际上 , 科学家发现 , 任何一种物质都应该存在一个临界点 , 当它处于这个临界区域时 , 就会变成超临界流体状态 , 水也是如此 。
接下来 , 我们就来了解一下 , 深海中被发现的“第四种水”是什么?原来水并非只有固态、液态和气态 。
超临界流体
要了解“第四种水” , 我们就得先搞清楚 , 超临界流体是什么?
液体、固体和气体是物质的基本相 , 就如前面所说 , 它们之间存在一个临界点 。
当物质的温度和压力都高于临界点时 , 此时气体和液体的性质会十分相似 , 随后便会达到一个均匀的流体现象 。
超临界流体的特点
我们可以想象它们是缓慢运动的气体 , 可以从一个多孔的固体中流出 , 看上去既可以像液体一样流动 , 又可以如气体般发生泻流 。
这就是超临界流体具备的特点 , 具有可压缩性 , 其密度一般介于0.1-1.0g/ml , 此时的密度会随着压力或温度的较小变化 , 而发生更大的变化 。
所以处于这一状态的物体 , 有着极强的可塑性 。
正是由于超临界流体还没有表面张力 , 所以我们只需要稍微调整一下它的压力和密度 , 就可以使其性质和状态更偏向液体或气体了 。
在自然界 , 我们已经发现了很多具有超临界流体的物质 。
自然环境下的超临界流体
比如我们熟知的沥青 , 从外表上看 , 它属于固体 , 但是1927年 , 澳大利亚科学家帕内尔进行滴落实验时 , 就让学生了解到它具有一定的流动性 。
所以它既不是固体也不是液体 , 而属于非完全晶体 , 只不过它的滴落速度尤其缓慢 , 人们经常将其看作固体也不是没有道理 。
严格来说 , 超临界流体应该是较稳定地处于单相相区 。
它虽然不属于其他三种相中的任何一个 , 但是又在三相种接近某一项 , 因此我们可以将其成为“第四相” 。
超临界水的发现
而处于深海中的超临界水 , 就是水在临界点区域呈现的状态 。
2008年 , 德国科学家正在对大西洋中部山脊的热液喷口进行考察 。
我们知道 , 水的临界温度为374.15℃ , 临界压力为22.05MPa 。
而这里的水温已经达到464℃ , 是地球上水温最高的地方 。
其明显高于临界温度 , 此时不管该地的压力有多大 , 气体都不可能液化 。
所以参与考察的安德里亚认为 , 这是深海中的第四种水 , 是我们在自然状态下 , 第一次观测到的超临界水 。
此前基于对超临界流体研究时 , 科学家就曾在实验室获得过超临界水 。
所以很早之前 , 人们就已经了解到超临界水的特性 , 并试图加以利用 。
超临界水的特点
我们知道 , 位于水分子之间的氢键 , 决定了大部分水的性质 。
一般来说 , 如果温度升高 , 就会快速降低氢键的数量 , 由此破坏水在室温下存在的氧四方有序结构 。
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