水的奇葩特性

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你可能沒注意，但水其實非常奇特，不同於任何其它液體。如今，科學家跳出固有思維模式，終於搞清楚原因了——這和水分子的奇特排列有關。

首先，水的密度異乎尋常。通常，在冷卻過程中，液體密度會越來越大。然而，水在4攝氏度時達到最大密度。在這個溫度以下，水的密度反而會下降。所以，冰的密度比水小。因此，冰會漂浮在水面，而水的冷凍是自上而下的。

其次，水的表面張力非常高。除水銀外，它在所有液體中具有最高的表面張力。因此，水蜘蛛能夠站立在水上。此外，水的沸點也高得異乎尋常。還有，相較於其它液體，水能夠溶解許多化學物質這點也很奇特。

科學家需要在分子水平上探究這些古怪特性。在室溫下或結冰時，水分子呈四面體排列——也就說，每個水分子都和其它四個水分子相連，大致呈金字塔形狀。

這回，布里斯托爾大學和東京大學的研究人員利用超級計算機和計算機模型，改變水分子的金字塔結構。通過這種方法，他們成功使水的特性更接近其它液體——舉例而言，使冰的密度比水大，讓冰沉入水底。這種方法能夠改變水的所有古怪特性。

這意味著，水的異常特性是特殊分子排列的直接結果。四個水分子共享同一個中心水分子，且不會相互交疊。這種高度有序的水分子排列混合其它無序排列使水具備種種古怪特性。

如果水失去這些異常特性，那麼(我們所知的)生命將不復存在。水無法輕易壓縮，因此能夠四處流動——舉個例子，在血管裡帶著血細胞四處流動。由於水是很好的溶劑，因此體內的水能夠溶解人體機能所需的營養物質。甚至連低密度的水冰也有益於生命——如果湖泊從底部開始結冰，那麼湖裡的生命就會死亡。

由於冰的密度較低，因此水在結冰時會膨脹。這個過程也塑造了地球的面貌——水分滲進岩石後，結冰、膨脹，造成岩石內部破裂。

本文譯自 sciencealert，由譯者 蛋花 基於創作共用協議(BY-NC)發布。
原作者：MICHELLE STARR

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