水的奇怪状态似乎同时是固体和液体

水可能看起来很无聊，但是这更奇怪了比看起来要多。日本的科学家现在已经证明，当被限制在狭小的空间内时，水分子可以同时表现为固体和液体。

我们在宏观尺度上体验到的液态水和冰之间的差异始于微观。在冰中，分子被锁定在刚性结构中，而在水中，它们本质上是自由漂浮的，不断形成和断裂键。

相关：水可以分离成 2 种不同的液体。我们才更接近了解原因

在新论文中描述的特殊状态下，分子可以同时做这两件事。它们处于固定位置，就像冰一样，但旋转速度像在液体中一样快。称为预熔状态，这种情况以前没有直接研究过。

“预熔状态涉及不完全氢键的 H 的熔化₂O 在完全冻结的冰结构在加热过程中开始融化之前，”说Makoto Tadokoro，东京理科大学化学家。

“它本质上构成了一种新的水相，其中冷冻的 H₂O 层和缓慢移动的 H₂哦，共存。

看到这种奇怪的状态需要复杂的实验设置。首先，水并不完全是我们在日常生活中习惯的类型：它是所谓的“重水”，氢原子被替换为氘，一种氢同位素，在其原子核中装有中子。

这个“D₂O“然后被限制在一个极其狭窄的空间中，各种奇异的行为都会出现。研究人员制造了具有仅 1.6 纳米宽的微小亲水通道的棒状晶体，冻结其中的重水，然后慢慢将它们加热回来。

最后，他们使用静态固态氘观看了整个过程核磁共振（核磁共振）波谱。这表明分子正在形成一个分层的三层结构，每一层都有不同类型的运动和相互作用。

这预熔状态我们最熟悉的可能是在冰表面形成的一层薄薄的水膜，即使温度仍低于冰点。但它在大块冰中发生的方式与在极端限制下发生的方式不同。

众所周知，当水被限制在纳米尺度上时，会做一些奇怪的事情。其电气特性可以改变;它可以制作'无法冻结' 即使在接近绝对零度的温度下，或者它可以在温度下冻结固体这应该让它沸腾。

该团队表示，利用这些怪癖也可能有实际用途。

“通过创建新的冰网结构，或许可以储存氢气和甲烷等高能气体，并开发人工天然气水合物等水基材料。”说田所。

该研究发表在美国化学会杂志.

宝宝起名 起名