科學家發現水溫最高達到464℃的水，地球上發現的溫度最高的液體

德國科學家最近在對大西洋底一處高溫熱液噴口進行考察時發現，這個噴口附近的水溫最高竟然達到464℃，這不僅是迄今為止人們在自然界發現的溫度最高的液體，也是第一次觀察到自然狀態下處於超臨界狀態的水。

上世紀60年代，有個蘇聯科學家報告說，他發現了一種神奇的水。這種水密度比普通水大了大約40%，在1 00攝氏度時不沸騰，在零下40攝氏度時才結冰，而且像凡士林一樣粘。生物喝了這種水，可以直接從中攝取能量。這樣一來，人不吃東西光喝這種水就能維持生命了。他把這種水稱為「聚合水」。而且製造這種水的方法很簡單：只要把蒸餾水放在一個小容器中加熱，用一束石英毛細管收集水蒸氣冷凝即可得到。英國著名物理學家貝爾納甚至宣布這是「本世紀最重要的物理化學發現」。

一位想像力豐富的美國太空物理學家，他擔心，聚合水萬一從實驗室泄漏出來，可能會把自然界中的水都變成聚合水，這必然會導致地球生命的全部滅絕！而更實際一點的科學家則設想，聚合水既然像凡士林一樣粘，而且100攝氏度不沸、零下40攝氏度才凝固，豈不是最理想的潤滑劑和冷卻劑？……

上世紀還有一位法國化學家發現一個與水有關的奇特現象：把某些不同濃度的過敏藥物，滴入裝有血細胞的試管中，在顯微鏡下觀察細胞的反應。當藥物濃度大時，血細胞反應劇烈；隨著藥物濃度降低，血細胞的反應趨於平緩；但不可思議的是，等藥物稀釋到一定程度，按推算在溶液中已經找不到一個藥物分子的時候，血細胞的反應反而又加劇了。於是他認為，水也許有記憶的功能，即使水中已經沒有藥物了，水依然能記住藥物分子……

以上這些發現，一度給水罩上了神秘的面紗，讓我們突然感到水的不平凡。可惜好景不長，這些所謂的發現後來都證明是錯誤的。所謂的「聚合水」不過是溶解了石英管上雜質的水而已。而關於水有記憶的說法，在更嚴格的監督下，後來的一系列實驗也給出r否定的結論。

這樣，水，這種我們天天喝它、用它的普通流體，經過這番熱烈的折騰，又恢復了它樸實無華的本性。看著這種無色透明的流體，我們又覺得它實在是再普通不過了。

但是，水真是像看起來那麼普通么？在文章里，我們就是要向你介紹水的種種不平凡之處，讓你看到水就像一塊魔方，隨著外界條件的變化，可以不斷變出千奇百怪的新花樣來！

在…個標準大氣壓下，水的冰點是0℃，

但水凝固成冰還需一個必要條件：必須要有凝結核。凝結核可以是微小的冰晶，可以是水中的懸浮物。如果不具備凝結核，液態水可以一直溫度降到O℃以下還不結冰，這種水稱為「過冷水」。如果這時突然有凝結核闖入，則結冰異常迅速，整桶水一下子就結成了冰。如果高空大氣中有這種過冷的水滴，飛機飛過時，它就把飛機當作凝結核，一下子全部凝結在飛機上，這對飛機的安全將是一個嚴重的威肋。

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若讓過冷水繼續過冷，當過冷到-110℃，它就變成了一種極端粘滯的固體，沒有固定的形狀，沒有晶體結構。由於它的形態很像玻璃，於是它被稱為「玻璃水」。

玻璃水很有意義。例如，人體冷凍保存的關鍵問題之一是避免水結成冰，因為水結冰，體積驟增，這會破壞人體細胞組織。而玻璃水卻會不知不覺地由液態變為固態，或者由固態變成液態，過程中沒有明顯的體積變化，不至於因水結成冰而撐破細胞。這給人體冷凍技術帶來了很大的希望。

冰的家族』

冰也並非任何時候都在O℃融化，事實上冰融化的溫度與壓強密切相關。我們知道，冰是由水分子凝結而成的。這些水分子可以排列成一定的空間結構，比如六角形、棱形、鑽石形等等。根據這個特點，科學家把冰分成了17類。

這些不同類型的冰具有不同的密度和熔點。每一類型都只能在一定的溫度和壓強範圍內存在，超過了這個範圍，就會向別的類型轉化。我們不想在這兒一一羅列這些冰的存在條件和性質，只挑幾個常見的和有趣的類型談一談。

自然界中我們看到的冰絕大多數是六角形的冰，比如說雪花就是這種類型。這種冰在1個標準大氣壓下，熔點是O℃，壓強增大，熔點會下降。這個特點使得我們在冬季可以滑冰。當冰刀擠壓冰面時，接觸部位的冰因為壓強增大而融化成水，融化的水對冰刀起到潤滑作用。但假如壓強超過2072個標準大氣壓，普通的冰就轉化為另一種冰，這種冰的熔點卻隨壓強的增大而升高，在21870個標準大氣壓下，甚至可以達到82℃。這就是說，在這種情況下，你摸到的冰說不定會燙傷你的手呢。

當普通六角形冰在-23℃，2961個標準大氣壓下，它就轉化成了III型冰，而這種冰的密度比水要大。

在一些結晶水合物中，水分子還可以編成「水籠子」，用來囚禁別的分子。比如在可燃冰（8水甲烷）中，8個水分子編織成了一個籠子，把1個甲烷分子囚禁在裡面。假如在氣體狀態下，甲烷分子之間往往相距甚遠，但如果關著甲烷分子的「水籠子」疊在一起，甲烷分子之間的距離就大大縮短了。這樣，1立方米的可燃冰比l立方米的甲烷氣體，可容納更多的甲烷分子。當l立方米的可燃冰融化後，「水籠子」一撤除，可以釋放出多達164立方米的氣態甲烷。

能腐蝕黃金的水

我們知道，水的沸點跟氣壓有關。在1個標準 大氣壓下，沸點是100℃，但在珠穆朗瑪峰沸點卻只 有75℃，

因為那兒的氣壓只有0.3個大氣壓。相反， 如果加大氣壓，水的沸點就會持續升高，在220個大 氣壓下，沸點達到374℃。那麼，如果繼續加壓，水 的沸點還會不會升高呢？如果想當然，我們也許會 認為還會升高，其實不然。在220個大氣壓下，水的 沸點已經達到最高，以後不論你怎麼增大氣壓，沸 點都不會再升高了。這就是說，一旦超過374℃，液 態水就全部變成水蒸氣了，不論加多大的壓強，水 蒸氣也變不回水；而在低於374℃的條件下，總可以 通過適當加壓的辦法使水蒸氣變回水。

本來在沸點處，同樣的溫度下，水的密度要遠大於水蒸氣的密度。溫度越高，水膨脹越厲害，密度也越小；而水蒸氣因壓強增大，密度卻越來越大，在220個大氣壓，374℃的臨界條件下，液態水的密度剛好與水蒸氣的密度相等，於是水、氣就成一家，分不出彼此了。這種流體叫「超臨界水」。

超臨界水除了具有氣液兩種性質外，還有別的一些奇妙特性。

比如說，在這種狀態下，超臨界水能夠溶解幾乎所有東西，甚至包括油、塑料、一氧化碳等，超臨界水可以將有機材料分解成一些更簡單的小分子；而像食鹽之類的平時易於溶解的無機鹽，反倒不容易溶解了。在超臨界水中，化學反應會變得更快，反應速度甚至能達到普通條件下的100倍。有人建議用超臨界水來溶解下水道排出的污物，這些污物將會被溶解成晶瑩剔透、無味、無菌的溶液。傳說中太上老君的煉丹爐，任何東西扔進去都會變成稀湯清水。也許煉丹爐里盛的是超臨界水吧。

假如把氧氣注入超臨界水，它就會變成一種強氧化劑，能夠分解一些最難分解的有毒廢料。將需要處理的物質放入超臨界水中，這種物質就會被氧化成無毒的物質。有的還能夠發生自燃，在水中冒出火焰。在美國的洛斯阿拉莫斯國家核物理實驗室，科學家就是用這種流體來處理過期的火箭燃料、炸藥和化學武器的。這種超臨界水的麻煩在於它能夠緩慢地腐蝕幾乎任何一種金屬，甚至黃金，因此很難找到既能抗高壓又能抗腐蝕的材料來裝這種流體。

用超聲波處理後的水

除了在高壓下加熱使水變成超臨界水外，還可以用別的辦法來改變水的性質。比如說，超聲波就能對水產生顯著影響。

超聲波的頻率很高，在水中它能產生極小的氣泡。當氣泡破裂時，在這些氣泡內能夠在幾分之一秒的時間內產生極高的溫度和壓力。

超聲波示意圖

在這樣的溫度和壓力下，氣泡內的水分子中的一個氫原子能從水分子中掙脫出來，使原來的的水分子變成了一個具有很強反應能力的羥基自由基(-OH)。這個羥基自由基會與它遇到的任何分子進行反應。這樣，那些危險的、難以控制的物質在水中就能輕鬆被處理掉。

利用這種用超聲波處理過的水，甚至能清除氟利昂氣體。

氟利昂原子結構

大家知道，氟利昂是破壞地球大氣臭氧層的元兇。這種氣體化學性質不活潑（也正是因為這一點，它才被廣泛用作煙霧劑、隔熱泡沫材料和製冷劑），一般說是很難處理的。在經過超聲波處理過的水中，氟利昂被分解成了二氧化碳、鹽酸和氟化氫，這樣它就不會危害環境了。

而且製造這種水的方法很簡單，只要在20℃的普通水中發送超聲波即可。

水為什麼會反常膨脹

自然界中大多數物質是熱脹冷縮的，但水在溫度由0℃上升到4℃的過程中，卻是冷脹熱縮的，直到過了4℃才開始恢復熱脹冷縮，所以4℃時，水的密度最大。

水為什麼會反常膨脹呢？這得從水分子之間的作用力談起。

1個水分子由2個氫原子和1個氧原子構成。水分子雖然整體呈電中性，但正負電荷的中心並不重合。負電荷中心靠近氧原子，正電荷中心在2個氫原子一側，這種現象稱為水分子的極性。水的幾乎所有性質都與水分子的極性密切相關。

因為水分子具有極性，所以1個水分子中的氫原子能夠與附近另一水分子中的氧原子發生正負電荷相互吸引，這種作用力在化學上叫「氫鍵」。

因為存在氫鍵，水分子間的作用力大大增強。讓我們設想-F，如果水分子中沒有氫鍵，那麼冰在-85℃以下就會融解成水，而水低於-60℃就會變成水蒸氣。那樣的話，在常溫下地球上將不可能存在大量的液態水，生命也因此無法生存。

當水處於氣體狀態時，由於分子間距離過大，無法形成氫鍵，水分子基本單獨來往。當水處於液態或固態時，水分子之間間距較小，就能夠形成氫鍵。

在常溫下，假如你變成一個微小的精靈，到液態水的世界走一遭。你會發現：首先，大部分水分子是「單身漢」，它們遊手好閒地在「大幹世界」遊盪著；其次，你還會發現許多2個水分子手拉手的「戀人」，它們其實是通過氫鍵拉起手來的，但不時被橫衝過來的「單身漢」拆散；最後，還有一些「三口之家」，即3個水分子手拉手組成的集體，它們也是通過氫鍵結合在一起的，不過更容易被拆散。3個以上水分子手拉手的現象就比較罕見了。

固體冰中，每個水分子均與其它3個水分子以氫鍵結合，手拉手形成正四面體的空間網狀結構。因為每個水分子基本上固定在一個位置，所以這種結構比較穩固。又由於在固態冰中，水分子形成的空間網狀結構比處於液態時結構疏鬆，所以水結成冰體積要膨脹，密度要減小9%，這就是冰能浮於水面的原因。

在0℃水未結冰時，大多數水分子是以3個水分子手拉手的形式存在的，當溫度升高到將近4℃時，分子運動加劇，水分子多以2個水分子手拉手的形式存在，後一種結構比起前一種來，分子佔據空間相對減小，所以此時水的密度最大。如果溫度再繼續升高，水分子之間的氫鍵因分子熱運動的加劇而遭到破壞，每個水分子又「單身」了，所以水又恢復了熱脹冷縮。

生命為什麼離不開水？

目前知道的所有生命都需要水，即使某些微生物，比如水熊、

耐輻射奇球菌等特別頑強的生命，可以離開水在太空環境中生存數年，但沒有跡象表明它們可以永遠脫離水而生存繁殖。生命可以不需要氧（比如某些厭氧細菌），但要徹底離開水卻是萬萬不能的。

那麼生命為什麼離不開水呢？我們知道，生命體內每秒鐘都要發生成千上萬次的生物化學反應，正是這些生物化學反應維持著生命的新陳代謝。但是這些反應大多必須在液體的環境中才能發生。試想，兩團乾巴巴的物質在空氣中是很難發生反應的，但一旦溶於液體溶劑中，在溶劑分子不斷的推動下，這兩團物質的分子才有可能碰撞結合在一起，生成新的物質。

自然界中可以充當溶劑的當然很多，比如酒精就是一種很好的溶劑。

但水是最好的溶劑，能溶解的東西最多，所以水被稱為自然界的萬能溶劑。

水能溶解更多的東西，這就意味著在水中能發生更多的生物化學反應，有些重要反應在別的溶劑中不會發生，但在水中卻能發生。這恐怕就是複雜的生命離不開水的根本原因。當然，也有人提出地球生命之所以離不開水，是因為水是地球E最多的液體，進化出來的生命不得不適應這種水的環境；如果地球上最多的流體是酒精或者甲烷，那麼說不定地球生命就離不開酒精或者甲烷，而不是水了。這種想法看似有道理，不過多半只是臆測，並沒有多少科學上的根據。例如，人們在土星的衛星泰坦中發現地表有大量的甲烷湖、甲烷河，但至今沒發現有任何喝甲烷的生命存在的痕迹。

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