本文基于回答网友这样的问题:水在105摄氏度时会结冰,让人大跌眼镜,这是真的吗?类似这样的反物理现象还有哪些?
据查,这个实验是真的,但并非反物理现象,只不过是水在特殊条件下的一种相变形式。
水在特殊条件下冰点发生变化,并不稀奇。
我们都知道,水在0℃及以下时就会结冰,0℃以上时就是液态,100℃时就会气化成水蒸气。这只是水在1个大气压下的相变过程,如果脱离这个条件,水就会有很多特别的性质。所谓的105℃冰就是特殊条件下的水分子结晶而已。
网络上充斥着这种冰来源的介绍,信手引用,就不啰嗦了:
科学家利用纳米管会排斥水分子这一个理论,做了一个实验:他们把水放进纳米管,然后开始加热,在加热温度升高的过程中,气温到达了100℃,因为这些水是装在纳米管内的,所以这个温度下水没能挥发掉,经过再次加热当水温达到105℃时,水竟然结成了冰!科学家们都被这一现象惊呆了,因为他们之前预想的结冰温度是150℃,没想到温度达到105℃就结冰了。这到底是什么原理呢?原本水在100度时会转化状态,变为气态,向外蒸发掉,但在纳米管中,因为不能转变为气态,能量无法向外释放,那么就只能向内释放,形成结晶,所以与其说是结冰,不如说是结晶,冰晶仅温度这一点就不满足定义为冰的条件!
因此严格意义上来说,这种冰不能够真正的算作是冰,就是水在不同环境条件下发现的一个特殊性质而已,并不像题主说的那样大惊小怪,有什么眼镜可跌的。
水在不同条件下,尤其不同压强下相变多端。
比如在大气压强小于101.325kPa,也就是通常说的1个大气压时,水的沸点会不断降低,冰点虽然变化不大,但在沸点降低的前提下,结冰的机制和难度也加大了。因此如果在太空将一杯水伸到飞船外的真空中,虽然温度在零下一两百度,甚至接近绝对零度,但水会很快沸腾升华,结不成冰。
在高压面前,水的冰点和沸点呈现出一些奇妙的特性。在2200个大气压强以下时,冰点是随着压强升高而降低的;而压强大于2200个大气压以上时,水的冰点随着压力增大而增加,比如3530 个大气压力下,水的冰点为-17℃;6380 个大气压下为 0℃;16500 个大气压力下为 60℃,而20670 个大气压力下,冰点则在76℃。压力越高,呈现出的性质越奇葩。
神奇的“冰VII”就是水在高压下的结晶。
科学家在1988年预言存在一种特殊冰,把它称为“冰VII”(读作“冰七”),2018年,科学家们在从来自地球深处的钻石中,发现了这种冰的真实存在。为什么会有这种冰存在呢?
原来这颗钻石生成于地下600公里深处,那里的温度和压强非常高,岩石里残留的水分在这种高温高压下凝聚成这种特殊冰,被形成的钻石包裹起来。钻石随岩浆流向地面,冷却后被固化的“冰七”就保留了下来。
大家不要以为会有一大块冰包裹在钻石里,那这个钻石会有多大啊。其实是肉眼根本看不到这种冰的存在,是美国阿尔贡国家实验室先进光子源同步粒子加速器的数据分析,才显示出这种特殊冰的存在。实际上,所谓“冰七”很可能就是几个水分子晶体而已。
科学实验得到的“冰XVIII”,温度高达2760℃!
那么形成这种特殊冰到底需要一个什么压力和温度呢?为了弄清这个问题,英国罗切斯特大学激光能量实验室的科学家们专门做了实验,他们将薄薄的一层水压在两个金刚石之间,施加超过100万个大气压,水迅速被压成了“冰七”。
科学家们并未因此止步,随后他们又用六束高能激光轰击“冰七”,持续时间为10~20纳秒,激光产生的冲击波达到400万个大气压强,相当于地心压力,温度最高达到2760℃,约地心温度的50%,在这种极端条件下,“冰七”被压缩成更为致密的晶体,科学家们把这种晶体称为“冰XVIII”(读作“冰十八”)。
因此这种冰才更让人大跌眼镜吧?但更大跌眼镜的是,有人宣称“冰七”是末日武器。
借此辟个谣:“冰七”不是末日武器。
研究发现,“冰七”有一种特殊性质,就是凝结速度非常快,会以每小时1600km的速度成长,由此一些阴谋论者和谣言嗜好者机会来了,他们想象,既然“冰七”凝结速度这么快,把一点种子放入海中,只要一天多点时间,全球就会冻结了,人类和一切物种都将灭绝。
阴谋论者们由此得出结论:“冰七”是一种末日武器,只要掌握了这种武器,就能够迅速消灭人类!而那些超级大国既然那么坏,科技水平又高,一定在秘密研究和生产制造这种武器!
事实果真如此吗?NO。科学家们不但发现了105℃冰、“冰七”、“冰十八”,而且已经发现水在不同环境条件下相变的种类不下21个,每一个特殊相变体都有其“恐怖”“可怕”的性质,难道这21个相变水都能够称为末日武器?
其实只要稍有点脑子的人都能够明白一个道理:任何特殊冰都是在特殊条件下形成的,只要离开这个条件,一切都不复存在。而且这些所谓特殊冰,都是极其微量的,显微镜下才能看到,甚至只是分子级大小,它们反应的是水在特殊状态下的性质,并非普遍存在。
比如105℃冰,是在纳米管中形成,离开纳米管就不存在;“冰七”的形成条件至少需要30000个大气压,当它在钻石中被包裹时,这些压力依然存在着,只要打破钻石,压力得到释放,所谓“冰七”就不复存在了。
所以,谁有这个能力将海水覆盖在30000个大气压下呢?如果有这样的能量,消灭全人类还用得着“冰七”这么麻烦吗?而消灭了人类对仅存的那几个人又有什么意义呢?他们有再好再厉害的东西又能够卖给谁呢?哈哈~
就是这样,欢迎讨论,感谢阅读。
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