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水在2000℃高温下可以结冰?水其实还有第20种形态:冰十八

原标题:水在2000℃高温下可以结冰?水其实还有第20种形态:冰十八

水是生命之源,万物之母,它的存在形式既可以是固态也可以是气态、液态,人们生活中常见的固态水——冰,就是水达到凝固点结成的。

冰溜

让人难以置信的是,水在2000℃的高温下竟然可以结冰,水其实还有第20种形态:冰十八。

冰十八与普通水

顾名思义,冰十八就是冰的第十八种形态,在人类所发现的形态当中,水的存在形式大体上可以分为五种。

前三种广泛分布在大自然界,固态就是能够保持水形态特征的存在,其表现形式主要是冰、雪、冰雹。

地球上的淡水资源绝对部分就是以固态的形式存在,它们分别在南北两极,形成巨大的冰川。

如今冰川占比量也越来越小了

对于太阳系当中的其他行星也是如此,比如火星上的水源同样是固态形式,有的深藏在地下,有的则是在维度高于60°的极地地区。

液态是水物质可以进行流动,变形,压缩的存在,包括人们们生活中的水源、雨等等。

自然界中的水在循环 不会变少

值得一提的是雾气算是液态水的形式,它虽然看上去像是气态,但是真正的气态属于气体,而雾气是水分凝结之后的小水珠。

这种小水珠体型太小,质量轻容易悬浮在空中,人类肉眼无法观测到小水滴的形状,当它们汇聚起来形成雾气的时候,就极容易被人类误认为是气态。

雾的形成原因多种多样

气态的定义与业态相似,都属于一种流体,只不过气态流体的活动范围更加宽广,它属于液态水达到气化温度的新形态,许多气态水都是不可见的,人类最常见的一种气态就是水蒸气。

在人类生活的环境当中,并没有完全纯粹的气态水,所有的气态水都是与空气当中的杂志混合之后形成的混合气态水。

后两种分别为玻璃态等离子态

水的不同形态

玻璃态的水是指温度处于零摄氏度以下,但水未结冰的存在形式,这种形式下的水,既不是固态也不是液态,更像一种呈现固态的粘稠液体

等离子态则刚好相反,水的存在形式既是液态,也是固态,在强大的磁力以及压强的作用下,水当中的电子脱离了原子核的吸引,并分裂成两派。

一派是带负电的自由电子,另一派是带正电的离子,两者之间数量相等共存下,就形成了等离子态。

等离子活化水制作

五种形态形态当中,固态细分下来的形态就有物种,其他形态再进行细分,一共可以得到水的22种形态

而冰十八属于粒子态当中细分的一种,被称为是超离子水

到21世纪之前,超离子水的存在只是在理论当中,并没有技术手段来证明超离子水真正存在。

科学家们猜测,只有在极端的环境当中才能够产生超离子水,比如在天王星木星这样高压强的巨冰星以及大型气态行星当中。

天王星

超离子水究竟有多神奇呢?在人们生活当中,固态的水在温度超过零摄氏度的时候开始缓慢融化,并且随着温度越高融化的速度越快。

一块拳头大小的冰块,在100摄氏度的高温下,撑不过10分钟就会变成液态。

超离子水不同,它可以在2000摄氏度的高温下,依旧保持着自身固态的形状,也就是人们熟知的冰形态。

能够在2000摄氏度的高温保持固态,似乎已经完全颠覆了人类目前的认知,不过仔细探究其中的原理,可以发现合理性。

超离子水与冰晶

进入到21世纪,随着人类科技的进步,科学家们模拟了一个类似于行星内核的场所。

处于内核当中,温度超过2000℃,压强相当于正常大气压的10万倍,经过初步研究分析。

普通行星结构

处于这样极端环境当中的物质都会非常奇怪,就比如水,处于固态与液态相交的状态。

这时的水当中氧原子保持稳定状态不动,氢原子则是表现的比平常更加活跃,稳定的氧原子形成了紧密堆积的晶体格子,形成固态冰

固定下来的氧原子扩散当中的质子,促使离子的导电率不断攀升,超离子水就变得极容易导电,甚至超过金属材质。

这种形态下的超离子水形成的固态,想要融化它,至少要超过形成它时所产生的温度。

为了进一步研究超离子水的特性,科学家们又做了一场精密的实验。

此前,由于技术条件的限制,人类研究超离子水是通过激光加热,使得水的温度迅速升温,简单就将超离子水的特性下了判断。

这一次,带着更加精密设备的科学家,决定自己制作一份超离子水。

考虑到制作的困难性,科学家采用了一颗只有1.5毫米宽的水滴进行试验。

水滴被两颗金刚石包夹在当中,两颗金刚石在专门的仪器下能够产生极高的压强,模拟了行星内部的压强环境。

在温度上,科学家还是采用了传统的激光加热,不同的是这一次加热的控制精准度控制在纳秒之内。

一切准备就绪之后,科学家将水滴放置在了特制的试验台上,六个高功率的激光同时对准水滴。

一旦实验开始,六个激光辐射出的能量能够瞬间达到2000摄氏度,科学家通过观察当中水分子的震动频率,就可以得知水状态的变化。

激光辐射出的1纳秒内,数据已经记录在其中了,果不其然,水滴当中的原子在高温当中,仅仅是3到5纳秒的时间,就已经重新组合排列,5纳秒之后,水的震动频率发生变化。

水分子的排列

正所谓科学的道路永无止境,虽然证明了超离子水确实是存在的,但实验人员Fried说:“通过观察,我们可以确定物质状态的边界。”

对于超离子水的观测仅仅是迈出了第一步,在未来还有更多的难题等着科学家们去探索。

宇宙中的冰巨星

上世纪90年代,天文学家们对气态行星重新做了一个界定,因为天文学家们发现在天王星内部的气体成分只有20%为氢气。

这与木星等纯正的气态行星不同,木星当中的氢气含量高达90%以上,而天王星的主要组成部分是冰。

所以天文学家将这类主要由冰组成的巨行星踢出了气态行星的行列,将它们成为冰巨星

冰巨星内部结构

冰巨星的表层主要还是以氢气为主,表层之下是永冻的冰层,冰的主要组成成分为水、甲烷等物质。

后来天文学家又对冰巨星当中的氢气进行了研究,发现冰巨星的氢气缺乏金属氢,成为又一重要的区分条件。

科学家表示,目前所知当中冰巨星星球的内部很有可能充满了超离子水,比如天王星。

天王星充满了固态的水源,虽然表面温度低至零下200摄氏度,但是内核产生的高温足以让水变为超离子水。

随着时间的推移,行星内部的超离子水会发生对流的情况,最终整个内核都将充斥着超离子水。

人类无法抵达这些行星的内部,却可以通过研究相同的物质,揭开星河系气态行星的秘密。

浩瀚又神秘的宇宙

甚至可以揭露,在天王星当中,究竟为何存在如此强大的磁场

天王星当中的磁场强度是地球的50倍,此前科学家推测,一方面很有可能与它庞大的体型有关。

另一方面,可能是由于电离对流熔融冰幔,厚重的冰层影响了天王星磁场的周转变化。

随着超离子水探索的深入,也许会改变人类对天王星等冰巨星现有的看法。返回搜狐,查看更多

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发布于:陕西省
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