陳前云

在這個世界上，許多我們認(rèn)為十分熟悉的東西，卻常常是霧里看花。我們生活中常見的水，先前我們認(rèn)為它是由一個一個化學(xué)式為H2O 的分子組成，但是現(xiàn)在科學(xué)家才發(fā)現(xiàn)，它實際上是由大大小小的分子團(tuán)組成，因此，水才有我們所不知道的諸多特性：在0℃以下還保持液態(tài)的過冷水，－110℃下成為極端黏滯的玻璃水，在500℃才會發(fā)生汽化的聚合水……一種我們再熟悉不過的東西竟然有如此多的未知。

當(dāng)我們打開世界地圖時，當(dāng)我們面對地球儀時，呈現(xiàn)在我們面前的大部分面積是鮮艷的藍(lán)色。從太空中看地球，我們居住的地球是一個橢圓形的，極為秀麗的蔚藍(lán)色球體。水是地球表面數(shù)量最多的天然物質(zhì)，它覆蓋了地球70%以上的表面。地球是一個名副其實的大水球。

幾何學(xué)上有5種奇妙的正多面體，它們分別是：正四面體、正六面體、正八面體、正十二面體和正二十面體。無論從任何角度來觀察，它們都是穩(wěn)定的、完全對稱的，每個角、邊、面都是完全相同的。所以，古代科學(xué)家們認(rèn)為水分子應(yīng)該為正二十面體，因為正二十面體由20 個正三角形的面組成，最接近圓球，流動性最大。也許你會笑話古代科學(xué)家們的觀點有點太牽強和迂腐。但是，隨著分子研究水平的日益提高，最近科學(xué)研究讓人備感驚訝，竟然發(fā)現(xiàn)水分子確實常以正二十面體的形式存在。

分子陣容異常

我們每天都在跟水打交道，使用它研究它。但到目前為止，科學(xué)家用于描述水的理論，沒有一個能夠解釋水的所有性質(zhì)。直到現(xiàn)在，水的某些異乎尋常的現(xiàn)象和性質(zhì)還在被科學(xué)家不斷地揭示出來。

例如，水的世界里是什么樣的？如果你變成微小的精靈，進(jìn)入水中去游逛，你會驚訝地發(fā)現(xiàn)，水中的水分子們并不是像一粒粒獨立的沙子一樣各自獨立。你時不時地會看到大大小小的水分子團(tuán)伙，在這些團(tuán)伙中，水分子們按一定形狀排開，就像在擺陣，而且是各種各樣的陣。有5 個水分子擺成的五邊形，有6 個水分子擺成的小船，有8 個水分子擺成的渦輪，10 個分子的轎子，14 個分子的金剛烷形狀，甚至還有由20 個水分子構(gòu)成完美對稱的正十二面體籠子。甚至還有由大籠子套小籠子套起來的正二十面體呢。這個陣比較大，是由一個個小型陣容組合成的大型“ 龍門陣”，其中有280 個水分子參與。而且組成各個陣的成員總是在不斷變換，有的水分子一會兒進(jìn)入這個陣，一會兒又組成那個陣。當(dāng)然各個陣之間也有許許多多單個的水分子。水中的情景就像人類社會一樣，有大大小小的團(tuán)體，而不是以簡單的一個個的個人存在。

參觀完了水中的奇景，你跳出水面，結(jié)果卻更加驚訝地發(fā)現(xiàn)，稀薄的水蒸氣竟然也不全是單個水分子組成的，其中還飄蕩著“五邊形”和“小船”，參與組合五邊形和小船的水分子們竟然都是手拉手跳出了水面。

手拉手的舞蹈

你感到自己像是到了童話王國走了一圈，可是這是事實，你不免非常困惑，水分子們?yōu)槭裁磿@樣？其實你看到的景象，化學(xué)家們也是最近才觀察到的，以前也許是觀念和技術(shù)的限制，竟然沒有發(fā)現(xiàn)這些奇景。

作為化學(xué)家，他們肯定也會像你那樣感到奇怪。目前，他們已經(jīng)找到了原因。我們知道，水分子內(nèi)部，化學(xué)鍵把兩個氫原子和一個氧原子連接起來，而水分子之間卻很容易靠氫鍵連接起來。氫鍵并不是通過化學(xué)反應(yīng)形成的，而是通過靜電吸引作用形成的。在這里，化學(xué)鍵就相當(dāng)于通過血肉、骨骼等相連的關(guān)節(jié)，把水分子內(nèi)的腦袋和四肢相連；而氫鍵就相當(dāng)于水分子間手拉手。關(guān)節(jié)難以形成也難以斷開，但手和手卻很容易拉住，也容易松開。因此水分子們就很容易通過手拉手?jǐn)[成形形色色的陣容。由于水分子的形狀和手拉手的角度，水分子們?nèi)菀仔纬蓪ΨQ的正十二面體和正二十面體。

水中的這些立體集團(tuán)被科學(xué)家用x 射線衍射方式證實之后，科學(xué)家們不免欣喜，因為它可以解釋有關(guān)水的許多未解之謎。例如，60個碳組成的足球形的足球烯為什么能溶解到水中?科學(xué)家認(rèn)為它是鉆到了正二十面體的水籠子里被保護(hù)了起來，否則它一刻也不會在水中停留。

無晶體結(jié)構(gòu)

長期以來，人們發(fā)現(xiàn)一個現(xiàn)象，用電磁場作用于水，水的成分沒有發(fā)生變化，還是水分子組成的，但是卻具有了更高的活性。這應(yīng)該是因為水分子在電磁場的作用下不容易聚集成團(tuán)，于是水的密度小，黏性小，穿透力強，活性高。許多生物組織的器官會通過生物電磁場來產(chǎn)生低密度的水，對抗干燥、高溫及外界壓力。

與這種穿透力強的水相反，水還會形成一種黏稠的玻璃水。當(dāng)我們減緩純凈水（水中無雜質(zhì)）的冷卻速度，水就會在0℃以下仍然保持液態(tài)，這種低于0℃的水叫做過冷水。若讓過冷水繼續(xù)過冷，當(dāng)冷到－110℃，它就變成了一種極端黏滯、類似玻璃的熔融狀態(tài)，它沒有固定的形狀，沒有晶體結(jié)構(gòu)。由于它的形態(tài)很像玻璃，于是被叫做“玻璃水”。

玻璃水很有意義：例如，人體冷凍保存的關(guān)鍵問題之一是避免水結(jié)成冰，因為水結(jié)冰，體積驟增，這會破壞人體細(xì)胞組織的結(jié)構(gòu)。而玻璃水卻會不知不覺地由液態(tài)變成固態(tài)，或者由固態(tài)變成液態(tài)，過程中沒有明顯的體積變化。而且這種玻璃水黏性高，看起來像抗凍甘油，可保護(hù)生物體在低溫下不至于凍傷，加溫后又可回復(fù)正常，這給低溫生物學(xué)帶來很大希望。由此，我們還可以得出一個啟示，其他酷冷星球上不一定沒有生命，那兒的生命體使用玻璃水就可以正常生存。

據(jù)觀測顯示，玻璃水中分子以正十二面體居多，正是由于這些大小水分子團(tuán)的穩(wěn)定存在，使水相當(dāng)于是由許多大大小小的分子組成的混合物，混合物當(dāng)然沒有固定的晶體結(jié)構(gòu)，類似玻璃，于是出現(xiàn)了玻璃水現(xiàn)象。

聚合水風(fēng)波

至此，我們還可以理解有關(guān)水的一場風(fēng)波。1962年，前蘇聯(lián)一位科學(xué)家提出水會聚合成聚合水。1969年，美國馬里蘭大學(xué)的科學(xué)家用石英毛細(xì)管懸吊于蒸餾水上，真空條件下，得到了聚合水。聚合水完全不同于普通的水：正常壓力下，它500℃才能變成蒸汽，－40℃方形成類似玻璃的固體。它的密度比水大40％，看起來像凡士林而不像水，尖的東西都可以在它的表面留下劃痕。它的組成分子和普通水一樣，都是2 個氫原子伴著1個氧原子。但聚合水好像是許多H20 以新的鍵聯(lián)在一起，形成了高分子。聚合水比較穩(wěn)定，如果把它用普通水混合加熱，普通水都蒸發(fā)了，聚合水還會穩(wěn)定地留存下來。

但是問題來了，既然聚合水這么穩(wěn)定，為什么我們一直未能在自然界里發(fā)現(xiàn)它呢?上世紀(jì)70 年代，許多科學(xué)家又拿出了一個可以反駁聚合水的理論：水既然聚合了，它就會釋放出一定的能量，那么生物體豈不就可以靠只喝水就可以維持生命了?它可以喝進(jìn)普通水，排出聚合水，可是我們并沒有發(fā)現(xiàn)只喝水就能生存的生命呀！可見，聚合水是不存在的，水的那種狀態(tài)可能是因為在凝結(jié)過程中少量硅元素進(jìn)入其中而導(dǎo)致的。

有趣的是，竟然有科學(xué)家真的找到了這種生物，它就是蟑螂。他們把蟑螂困在玻璃管內(nèi)，開始蟑螂還企圖逃跑，當(dāng)明白無望后，就只好安靜地乖乖地呆在玻璃管內(nèi)，玻璃管較低的一端有水，另一端比較干燥，蟑螂每天到水邊喝水，到另一邊排便。開始幾天還能看出它排出的是糞便，后來糞便只是混濁的溶液，到第四天，蟑螂排出的糞便就是透明清澈的圓水珠了。就這樣，在玻璃管內(nèi)被困了2 年，蟑螂沒有長大，也沒有死，反而很活潑。放出來后，它已經(jīng)不知道以原來的食物為食了。

做實驗的科學(xué)家認(rèn)為蟑螂就是靠水聚合所產(chǎn)生的能量維持至今的。但是有關(guān)聚合水到底是否存在的爭論還沒有休止。如果聚合水真的存在，那么在植物或動物體內(nèi)是否有聚合水呢?如果有，它又扮演了怎樣的角色呢?也許因為它的存在，冬天的麥子免于凍死，某些昆蟲可在低溫下正常生存，某些冬眠動物體溫雖然很低，但不會被凍結(jié)。

也許我們可以用水中普遍存在的水分子團(tuán)來解釋這種聚合水現(xiàn)象，水中的280 個水分子組成的正二十面體已經(jīng)是較大的分子團(tuán)了。據(jù)觀測，水中的280 個水分子組成的正二十面體還可以再繼續(xù)擴(kuò)大，13個正二十面體可以組成1 820個水分子組成的超大分子團(tuán)。只是一般情況下，這種大分子團(tuán)由于分子之間的張力增大，穩(wěn)定性比正二十面體差。若水在一定條件下，水中較大的分子團(tuán)能夠穩(wěn)定存在，那么水就會看起來像是聚合物了，而且水分子聚合成團(tuán)的過程也會放出一定的能量的。

至此，我們不免感嘆，水這種結(jié)構(gòu)簡單的物質(zhì)，其物態(tài)之復(fù)雜卻如此超乎人們的想象!

上期頭腦奧林匹克答案

數(shù)獨答案：

誰來破逍遙派的珍瓏棋局

3×4＋5×6×7＝222

765＋4×3＝777

4＋5×6×7＋8＝222

8＋765＋4＝777

翻轉(zhuǎn)茶杯

按照題中條件，無論翻轉(zhuǎn)多少次都不可能。

壓歲錢都去了哪里？

其實是祖孫三代。

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