德国科学家最近在对大西洋底一处高温热液喷口进行考察时发现，这个喷口附近的水温最高竟然达到℃，这不仅是迄今为止人们在自然界发现的温度最高的液体，也是第一次观察到自然状态下处于超临界状态的水。上世纪60年代，有个苏联科学家报告说，他发现了一种神奇的水。这种水密度比普通水大了大约40%，在摄氏度时不沸腾，在零下40摄氏度时才结冰，而且像凡士林一样粘。生物喝了这种水，可以直接从中摄取能量。这样一来，人不吃东西光喝这种水就能维持生命了。他把这种水称为“聚合水”。而且制造这种水的方法很简单：只要把蒸馏水放在一个小容器中加热，用一束石英毛细管收集水蒸气冷凝即可得到。英国著名物理学家贝尔纳甚至宣布这是“本世纪最重要的物理化学发现”。一位想象力丰富的美国太空物理学家，他担心，聚合水万一从实验室泄漏出来，可能会把自然界中的水都变成聚合水，这必然会导致地球生命的全部灭绝！而更实际一点的科学家则设想，聚合水既然像凡士林一样粘，而且摄氏度不沸、零下40摄氏度才凝固，岂不是最理想的润滑剂和冷却剂？……上世纪还有一位法国化学家发现一个与水有关的奇特现象：把某些不同浓度的过敏药物，滴入装有血细胞的试管中，在显微镜下观察细胞的反应。当药物浓度大时，血细胞反应剧烈；随着药物浓度降低，血细胞的反应趋于平缓；但不可思议的是，等药物稀释到一定程度，按推算在溶液中已经找不到一个药物分子的时候，血细胞的反应反而又加剧了。于是他认为，水也许有记忆的功能，即使水中已经没有药物了，水依然能记住药物分子……以上这些发现，一度给水罩上了神秘的面纱，让我们突然感到水的不平凡。可惜好景不长，这些所谓的发现后来都证明是错误的。所谓的“聚合水”不过是溶解了石英管上杂质的水而已。而关于水有记忆的说法，在更严格的监督下，后来的一系列实验也给出r否定的结论。这样，水，这种我们天天喝它、用它的普通流体，经过这番热烈的折腾，又恢复了它朴实无华的本性。看着这种无色透明的流体，我们又觉得它实在是再普通不过了。但是，水真是像看起来那么普通么？在文章里，我们就是要向你介绍水的种种不平凡之处，让你看到水就像一块魔方，随着外界条件的变化，可以不断变出千奇百怪的新花样来！在…个标准大气压下，水的冰点是0℃，但水凝固成冰还需一个必要条件：必须要有凝结核。凝结核可以是微小的冰晶，可以是水中的悬浮物。如果不具备凝结核，液态水可以一直温度降到O℃以下还不结冰，这种水称为“过冷水”。如果这时突然有凝结核闯入，则结冰异常迅速，整桶水一下子就结成了冰。如果高空大气中有这种过冷的水滴，飞机飞过时，它就把飞机当作凝结核，一下子全部凝结在飞机上，这对飞机的安全将是一个严重的威肋。若让过冷水继续过冷，当过冷到-℃，它就变成了一种极端粘滞的固体，没有固定的形状，没有晶体结构。由于它的形态很像玻璃，于是它被称为“玻璃水”。玻璃水很有意义。例如，人体冷冻保存的关键问题之一是避免水结成冰，因为水结冰，体积骤增，这会破坏人体细胞组织。而玻璃水却会不知不觉地由液态变为固态，或者由固态变成液态，过程中没有明显的体积变化，不至于因水结成冰而撑破细胞。这给人体冷冻技术带来了很大的希望。冰的家族’冰也并非任何时候都在O℃融化，事实上冰融化的温度与压强密切相关。我们知道，冰是由水分子凝结而成的。这些水分子可以排列成一定的空间结构，比如六角形、棱形、钻石形等等。根据这个特点，科学家把冰分成了17类。这些不同类型的冰具有不同的密度和熔点。每一类型都只能在一定的温度和压强范围内存在，超过了这个范围，就会向别的类型转化。我们不想在这儿一一罗列这些冰的存在条件和性质，只挑几个常见的和有趣的类型谈一谈。自然界中我们看到的冰绝大多数是六角形的冰，比如说雪花就是这种类型。这种冰在1个标准大气压下，熔点是O℃，压强增大，熔点会下降。这个特点使得我们在冬季可以滑冰。当冰刀挤压冰面时，接触部位的冰因为压强增大而融化成水，融化的水对冰刀起到润滑作用。但假如压强超过个标准大气压，普通的冰就转化为另一种冰，这种冰的熔点却随压强的增大而升高，在个标准大气压下，甚至可以达到82℃。这就是说，在这种情况下，你摸到的冰说不定会烫伤你的手呢。当普通六角形冰在-23℃，个标准大气压下，它就转化成了III型冰，而这种冰的密度比水要大。在一些结晶水合物中，水分子还可以编成“水笼子”，用来囚禁别的分子。比如在可燃冰（8水甲烷）中，8个水分子编织成了一个笼子，把1个甲烷分子囚禁在里面。假如在气体状态下，甲烷分子之间往往相距甚远，但如果关着甲烷分子的“水笼子”叠在一起，甲烷分子之间的距离就大大缩短了。这样，1立方米的可燃冰比l立方米的甲烷气体，可容纳更多的甲烷分子。当l立方米的可燃冰融化后，“水笼子”一撤除，可以释放出多达立方米的气态甲烷。能腐蚀黄金的水我们知道，水的沸点跟气压有关。在1个标准大气压下，沸点是℃，但在珠穆朗玛峰沸点却只有75℃，因为那儿的气压只有0.3个大气压。相反，如果加大气压，水的沸点就会持续升高，在个大气压下，沸点达到℃。那么，如果继续加压，水的沸点还会不会升高呢？如果想当然，我们也许会认为还会升高，其实不然。在个大气压下，水的沸点已经达到最高，以后不论你怎么增大气压，沸点都不会再升高了。这就是说，一旦超过℃，液态水就全部变成水蒸气了，不论加多大的压强，水蒸气也变不回水；而在低于℃的条件下，总可以通过适当加压的办法使水蒸气变回水。本来在沸点处，同样的温度下，水的密度要远大于水蒸汽的密度。温度越高，水膨胀越厉害，密度也越小；而水蒸气因压强增大，密度却越来越大，在个大气压，℃的临界条件下，液态水的密度刚好与水蒸汽的密度相等，于是水、气就成一家，分不出彼此了。这种流体叫“超临界水”。超临界水除了具有气液两种性质外，还有别的一些奇妙特性。比如说，在这种状态下，超临界水能够溶解几乎所有东西，甚至包括油、塑料、一氧化碳等，超临界水可以将有机材料分解成一些更简单的小分子；而像食盐之类的平时易于溶解的无机盐，反倒不容易溶解了。在超临界水中，化学反应会变得更快，反应速度甚至能达到普通条件下的倍。有人建议用超临界水来溶解下水道排出的污物，这些污物将会被溶解成晶莹剔透、无味、无菌的溶液。传说中太上老君的炼丹炉，任何东西扔进去都会变成稀汤清水。也许炼丹炉里盛的是超临界水吧。假如把氧气注入超临界水，它就会变成一种强氧化剂，能够分解一些最难分解的有毒废料。将需要处理的物质放入超临界水中，这种物质就会被氧化成无毒的物质。有的还能够发生自燃，在水中冒出火焰。在美国的洛斯阿拉莫斯国家核物理实验室，科学家就是用这种流体来处理过期的火箭燃料、炸药和化学武器的。这种超临界水的麻烦在于它能够缓慢地腐蚀几乎任何一种金属，甚至黄金，因此很难找到既能抗高压又能抗腐蚀的材料来装这种流体。用超声波处理后的水除了在高压下加热使水变成超临界水外，还可以用别的办法来改变水的性质。比如说，超声波就能对水产生显著影响。超声波的频率很高，在水中它能产生极小的气泡。当气泡破裂时，在这些气泡内能够在几分之一秒的时间内产生极高的温度和压力。超声波示意图在这样的温度和压力下，气泡内的水分子中的一个氢原子能从水分子中挣脱出来，使原来的的水分子变成了一个具有很强反应能力的羟基自由基(-OH)。这个羟基自由基会与它遇到的任何分子进行反应。这样，那些危险的、难以控制的物质在水中就能轻松被处理掉。利用这种用超声波处理过的水，甚至能清除氟利昂气体。氟利昂原子结构大家知道，氟利昂是破坏地球大气臭氧层的元凶。这种气体化学性质不活泼（也正是因为这一点，它才被广泛用作烟雾剂、隔热泡沫材料和制冷剂），一般说是很难处理的。在经过超声波处理过的水中，氟利昂被分解成了二氧化碳、盐酸和氟化氢，这样它就不会危害环境了。而且制造这种水的方法很简单，只要在20℃的普通水中发送超声波即可。水为什么会反常膨胀自然界中大多数物质是热胀冷缩的，但水在温度由0℃上升到4℃的过程中，却是冷胀热缩的，直到过了4℃才开始恢复热胀冷缩，所以4℃时，水的密度最大。水为什么会反常膨胀呢？这得从水分子之间的作用力谈起。1个水分子由2个氢原子和1个氧原子构成。水分子虽然整体呈电中性，但正负电荷的中心并不重合。负电荷中心靠近氧原子，正电荷中心在2个氢原子一侧，这种现象称为水分子的极性。水的几乎所有性质都与水分子的极性密切相关。因为水分子具有极性，所以1个水分子中的氢原子能够与附近另一水分子中的氧原子发生正负电荷相互吸引，这种作用力在化学上叫“氢键”。因为存在氢键，水分子间的作用力大大增强。让我们设想-F，如果水分子中没有氢键，那么冰在-85℃以下就会融解成水，而水低于-60℃就会变成水蒸气。那样的话，在常温下地球上将不可能存在大量的液态水，生命也因此无法生存。当水处于气体状态时，由于分子间距离过大，无法形成氢键，水分子基本单独来往。当水处于液态或固态时，水分子之间间距较小，就能够形成氢键。在常温下，假如你变成一个微小的精灵，到液态水的世界走一遭。你会发现：首先，大部分水分子是“单身汉”，它们游手好闲地在“大干世界”游荡着；其次，你还会发现许多2个水分子手拉手的“恋人”，它们其实是通过氢键拉起手来的，但不时被横冲过来的“单身汉”拆散；最后，还有一些“三口之家”，即3个水分子手拉手组成的集体，它们也是通过氢键结合在一起的，不过更容易被拆散。3个以上水分子手拉手的现象就比较罕见了。固体冰中，每个水分子均与其它3个水分子以氢键结合，手拉手形成正四面体的空间网状结构。因为每个水分子基本上固定在一个位置，所以这种结构比较稳固。又由于在固态冰中，水分子形成的空间网状结构比处于液态时结构疏松，所以水结成冰体积要膨胀，密度要减小9%，这就是冰能浮于水面的原因。在0℃水未结冰时，大多数水分子是以3个水分子手拉手的形式存在的，当温度升高到将近4℃时，分子运动加剧，水分子多以2个水分子手拉手的形式存在，后一种结构比起前一种来，分子占据空间相对减小，所以此时水的密度最大。如果温度再继续升高，水分子之间的氢键因分子热运动的加剧而遭到破坏，每个水分子又“单身”了，所以水又恢复了热胀冷缩。生命为什么离不开水？目前知道的所有生命都需要水，即使某些微生物，比如水熊、耐辐射奇球菌等特别顽强的生命，可以离开水在太空环境中生存数年，但没有迹象表明它们可以永远脱离水而生存繁殖。生命可以不需要氧（比如某些厌氧细菌），但要彻底离开水却是万万不能的。那么生命为什么离不开水呢？我们知道，生命体内每秒钟都要发生成千上万次的生物化学反应，正是这些生物化学反应维持着生命的新陈代谢。但是这些反应大多必须在液体的环境中才能发生。试想，两团干巴巴的物质在空气中是很难发生反应的，但一旦溶于液体溶剂中，在溶剂分子不断的推动下，这两团物质的分子才有可能碰撞结合在一起，生成新的物质。自然界中可以充当溶剂的当然很多，比如酒精就是一种很好的溶剂。但水是最好的溶剂，能溶解的东西最多，所以水被称为自然界的万能溶剂。水能溶解更多的东西，这就意味着在水中能发生更多的生物化学反应，有些重要反应在别的溶剂中不会发生，但在水中却能发生。这恐怕就是复杂的生命离不开水的根本原因。当然，也有人提出地球生命之所以离不开水，是因为水是地球E最多的液体，进化出来的生命不得不适应这种水的环境；如果地球上最多的流体是酒精或者甲烷，那么说不定地球生命就离不开酒精或者甲烷，而不是水了。这种想法看似有道理，不过多半只是臆测，并没有多少科学上的根据。例如，人们在土星的卫星泰坦中发现地表有大量的甲烷湖、甲烷河，但至今没发现有任何喝甲烷的生命存在的痕迹。
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