专家拍摄水分子快照 解析200年水导电之谜

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【大纪元2016年12月05日讯】(大纪元记者张秉开编译报导)科学家为自然界最神秘的导电现象拍摄“光谱快照”,200年来首次在原子层面解析水导电性的机理。

众所周知,自然界中的可以导电,而且有很好的导电性。科学家曾将其解释为电离作用,但是不清楚其中离子的具体运动方式。

耶鲁大学(Yale University)的研究者观察到,水在导电时,它的氧原子将质子从一个水分子转移到另一个水分子的过程,像分子接力赛一样。

物理学网站phys.org近日报导,耶鲁大学化学教授马克·约翰逊(Mark Johnson)解释说:“水分子中的氧原子基本没有运动。其(导电机制)像牛顿摆(Newton’s cradle)那样,每个小钢球(氧原子)都被挂在一根弦上,这些球排列成一条线。如果一个球升高,那么它撞击这条线,而只有最末端的那个球在动,其余的球都保持静止。”

牛顿摆 (维基百科)
科学家解释,水在导电时,它的质子像这种牛顿摆一样运动,传递电能。 (维基百科)

牛顿摆是一种有趣的能量传递方式,能量可以以很快的方式从空间的一端传送到另一端,而空间中的其它物体并未运动。

约翰逊教授等人冻结了重水,之后在特定光谱条件下抓拍水分子的瞬间情况。研究者之所以采用由氘(氢的同位素)构成的重水,是因为可以在极低温度下获得显示水中质子运动的清晰图像。

微观状态下,水会有不同于宏观世界中的表现。近日,麻省理工学院的研究者发表报告说,在微观下,100摄氏度时,水不会像日常所见的那样沸腾,反而是结冰状态。

麻省理工学院的化学教授麦克·斯特诺(Michael Strano)解释:“如果把液体放入纳米大小的容器中,会改变它的相位变化特征。”因此,碳纳米导管中的水在100摄氏度甚至更高温度时,变成冰那样的结晶。#

责任编辑:明书阁

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