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        奇怪的液體
        ——水

        2017-08-01 12:35:31王東梅
        綠色中國 2017年13期
        關(guān)鍵詞:沸點冰塊液體

        文|王東梅

        奇怪的液體
        ——水

        文|王東梅

        Strange Liquid - Water

        水是地球上分布最廣的液體,然而,它也是最奇怪的一種液體。

        水與生命

        水和地球上的生命有不可分割的關(guān)系。地球上的生命是在大約三十億七千萬年前,在溫暖的海水中出現(xiàn)的。隨后,生物以各種不同的形式不斷的進化,其中一些生物就爬上了陸地,經(jīng)過漫長而復(fù)雜的過程,有一支就進化成了人類的祖先。人類和生物都與海洋有著密切的關(guān)系。人體細胞周圍的液體和海水的成分非常相似。水份在人體內(nèi)的比重很大,約為成人體重的60%。

        一般人都知道,水在結(jié)冰時,體積膨脹,比重減小。我們夏天吃的刨冰冰塊總是浮在水面上。在冬季,水管有時會凍裂,石頭也會凍裂,這是因為水在受冷結(jié)冰時,體積膨脹所致。

        你可曾想過,要是冰比水重,會產(chǎn)生什么后果呢?如果湖泊和海洋中的冰塊比水重,冰就會沉入海底,并逐漸地積累起來,而且海底的冰塊也不會融化,因為只有海面曬到日光時海水才是溫暖的,而日光照不到寒冷的、冰凍的海底深處。這樣,海底的冰越積越厚,最后結(jié)成一個大冰塊。其結(jié)果是,不僅會使地球上現(xiàn)存的生物死亡,而且,當(dāng)初在地球上也不可能出現(xiàn)生命。

        水的透明性,使紫外線得以穿透,促使在海水中發(fā)生光化反應(yīng),原始生命就是在這種條件下出現(xiàn)的。紫外線雖然有助于產(chǎn)生原始生命,但它對地球上生物的生存卻有致命的危險,幸虧后來的地球高空中,氧原子在紫外線輻射的作用下,形成了厚厚的臭氧保護層,阻擋了大部分紫外線,地球上的生物才能安然無恙。

        由于水具有透明性,所以它本身能經(jīng)受住日光無限期的照射而不會變化。只有太陽輻射中波長極短的射線才能把水分解,但幸虧這些射線照不到地面上來。另外,水受熱后也不會變質(zhì)。地球上,有一部分水處于地亮深處,那里溫度很高,但是不管經(jīng)受多高的溫度,從地下抽上來的水毫不變質(zhì)。水的這種特點對地球生命的發(fā)展,當(dāng)然是十分有利的。

        奇異的特性

        大家知道,水的沸點是100℃。這雖然是個常識,但很少有人注意到,它是很不正常的。水是氫和氧的化合物,它的分子式是H2O。分子式和水相似的同族化合物有硫化氫(H2S)、硒化氫(H2Se)和碲化氫(H2Te)。它們的沸點分別為-63.5℃,-41.5℃和0℃。按照各同族化合物沸點的這個分布規(guī)律看,水的沸點應(yīng)當(dāng)?shù)陀冢?3.5℃。如果是這樣,在地球上,在通常的溫度下,只有水蒸氣,而不可能存在液態(tài)的水。但恰恰因為水具有這種不正常的沸點,地球上才有生命。

        純凈的水是絕緣體,但當(dāng)水中含有鹽類時,它就變成了導(dǎo)體??墒瞧婀值氖?,在某些條件下,純凈的水卻比任何含鹽類的物質(zhì)都富于導(dǎo)電性。

        水是一種強有力的溶劑。許多物質(zhì),無論氣體,液體或固體,水都能兼收并蓄,加以溶解。由于它有溶解物質(zhì)的本領(lǐng),所以地球演變中水是侵蝕現(xiàn)象的主要角色,而且它還在冰凍時漲裂巖石,更進一步加速了侵蝕的過程。

        由于水不僅把它所溶解的有益于生命的物質(zhì)輸送給生物組織,同時把廢棄的東西排泄出去,幫助生物完成新陳代謝,從而維持生命。

        細嫩的植物莖葉,為什么能夠挺立不倒呢?應(yīng)當(dāng)歸功于水。原來水對植物枝葉的形態(tài)起著重要的作用。它有些像橡皮胎里面的壓縮空氣。橡皮輪胎之所以堅挺,一方面是由于輪胎本身的彈性,另一方面則是依靠輪胎里面高壓空氣的支撐作用。水在植物的細胞里面,也是處于極大的高壓之下的,因為水中溶解物分泌時,能產(chǎn)生水靜壓。

        在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下,4℃的水密度最大。世界上有幾百萬種不同的液體,但只有三種液體具有上述怪異的特性。

        其它特 性

        水的比熱特別高。水的溶解和蒸發(fā)的潛熱也非常之高。由于這原因。地球上的水起著積蓄熱能的巨大作用,它能夠緩慢地吸收和釋放太陽的熱能,從而起到了調(diào)節(jié)地球氣候的作用,避免了地球表面溫度的驟變。同樣地,在生物有機體內(nèi),水也能緩和新陳代謝反應(yīng)所產(chǎn)生的熱效應(yīng)。

        水的表面張力特別強。表面張力就是液體表面分子之間的相互吸引力。它使水能夠沾濕其它固體,也使它能在毛細管中向上爬升,毛細管直徑愈小,則水爬升得越高。這一點對生物輸送營養(yǎng)物,對地面表層與大氣以及植物根部中的水的流動,極為重要。

        當(dāng)水的溫度降低到該結(jié)冰的程度,而仍舊保持液體狀態(tài)時,就發(fā)生了所謂過冷現(xiàn)象。云或霧中過冷狀態(tài)的水,遇到寒冷物體時,就會產(chǎn)生霧淞,這時它立即變成固體,使那物體包上一層薄冰。過冷現(xiàn)象也是水的一種特性。過冷的水,其溫度可低達-40℃。

        水還能直接從氣體變成固體。霜是大氣中的水蒸氣,碰到低于0℃物體時直接變成的極細的晶體。雪是水氣在空中直接凝華所致,晶型呈六角形。據(jù)統(tǒng)計,雪花竟有四千多種不同形狀。

        同素異形冰與過熱水

        在20,000~25,000大氣壓力下,水的體積并不會縮小,但當(dāng)壓力超過上述限度以后,水的分子間的距離開始縮短,水的體積就縮小了。水在高壓下逐步縮小體積,最后就形成好幾種同素異形的冰??茖W(xué)家把這幾種冰用羅馬數(shù)字加以編號,因為它們和普通的冰不同,它們比液體的水密度更大,在100,000個大氣壓之下的Ⅶ號冰,其溶點為360℃,這已接近水銀的沸點了。

        我們雖然對水的奇異特性有了不少了解,但科學(xué)家們正在利用新穎的技術(shù),繼續(xù)對水進行深入的研究,因為我們對許多問題沒有弄清楚,尤其對水在過熱和過冷狀態(tài)下的習(xí)性,所知甚少。

        過熱的液體,即是指該液體在溫度超過沸點后,仍舊保持液體狀態(tài)的現(xiàn)象。當(dāng)這種過熱液體在最后變成氣體時,它所積聚的熱能急驟釋放出來,就會產(chǎn)生危險的爆炸。當(dāng)然,從事能源研究的工程師們,對這種現(xiàn)象是很感興趣的。在這方面他們搞過一種試驗,讓一滴水在一個大氣壓力下,通過一根硅酮油柱,上述油柱的溫度可以逐步升高。當(dāng)油柱溫度超過100℃時,水滴本來應(yīng)當(dāng)蒸發(fā)了,但它卻繼續(xù)向上爬,直到溫度上升到280℃時,才突然爆炸而消失了??梢娝谏鲜龈邷貢r,其熱容量已達到極端高的數(shù)值,因為理論上的熱容量極限是在324℃。

        另一方面,專家們對水的超冷現(xiàn)象也在加緊研究。此外晶體狀態(tài)的水,也是新的研究領(lǐng)域。說不定研究的結(jié)果將會證實目前的一些科學(xué)假說。

        (責(zé)編:劉倩瑋)

        展示異彩紛呈的網(wǎng)絡(luò)生態(tài)匯聚社會關(guān)注的網(wǎng)絡(luò)聲音

        編者按:

        6月7日,2017年高考大幕正式拉開,全國共有940萬考生參加考試。

        今年可謂是高考歷史上的特殊年份,一方面,今年是高考恢復(fù)40周年,另一方面,今年也被稱為“新高考元年”,高考綜合改革試點地區(qū)的考生將迎來首次“新高考”。

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