奇怪的液体

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  水是地球上分布最广的液体,然而,它也是最奇怪的一种液体。
  水与生命
  水和地球上的生命有不可分割的关系。地球上的生命是在大约三十亿七千万年前,在温暖的海水中出现的。随后,生物以各种不同的形式不断的进化,其中一些生物就爬上了陆地,经过漫长而复杂的过程,有一支就进化成了人类的祖先。人类和生物都与海洋有着密切的关系。人体细胞周围的液体和海水的成分非常相似。水份在人体内的比重很大,约为成人体重
  的60%。
  一般人都知道,水在结冰时,体积膨胀,比重减小。我们夏天吃的刨冰冰块总是浮在水面上。在冬季,水管有时会冻裂,石头也会冻裂,这是因为水在受冷结冰时,体积膨胀所致。
  你可曾想过,要是冰比水重,会产生什么后果呢?如果湖泊和海洋中的冰块比水重,冰就会沉入海底,并逐渐地积累起来,而且海底的冰块也不会融化,因为只有海面晒到日光时海水才是温暖的,而日光照不到寒冷的、冰冻的海底深处。这样,海底的冰越积越厚,最后结成一个大冰块。其结果是,不仅会使地球上现存的生物死亡,而且,当初在地球上也不可能出现生命。
  水的透明性,使紫外线得以穿透,促使在海水中发生光化反应,原始生命就是在这种条件下出现的。紫外线虽然有助于产生原始生命,但它对地球上生物的生存却有致命的危险,幸亏后来的地球高空中,氧原子在紫外线辐射的作用下,形成了厚厚的臭氧保护层,阻挡了大部分紫外线,地球上的生物才能安然无恙。
  由于水具有透明性,所以它本身能经受住日光无限期的照射而不会变化。只有太阳辐射中波长极短的射线才能把水分解,但幸亏这些射线照不到地面上来。另外,水受热后也不会变质。地球上,有一部分水处于地亮深处,那里温度很高,但是不管经受多高的温度,从地下抽上来的水毫不变质。水的这种特点对地球生命的发展,当然是十分有利的。
  奇异的特性
  大家知道,水的沸点是100℃。这虽然是个常识,但很少有人注意到,它是很不正常的。水是氢和氧的化合物,它的分子式是H2O。分子式和水相似的同族化合物有硫化氢(H2S)、硒化氢(H2Se)和碲化氢(H2Te)。它们的沸点分别为-63.5℃,-41.5℃和0℃。按照各同族化合物沸点的这个分布规律看,水的沸点应当低于-63.5℃。如果是这样,在地球上,在通常的温度下,只有水蒸气,而不可能存在液态的水。但恰恰因为水具有这种不正常的沸点,地球上才有生命。
  纯净的水是绝缘体,但当水中含有盐类时,它就变成了导体。可是奇怪的是,在某些条件下,纯净的水却比任何含盐类的物质都富于导电性。
  水是一种强有力的溶剂。许多物质,无论气体,液体或固体,水都能兼收并蓄,加以溶解。由于它有溶解物质的本领,所以地球演变中水是侵蚀现象的主要角色,而且它还在冰冻时涨裂岩石,更进一步加速了侵蚀的过程。
  由于水不仅把它所溶解的有益于生命的物质输送给生物组织,同时把废弃的东西排泄出去,帮助生物完成新陈代谢,从而维持生命。
  细嫩的植物茎叶,为什么能够挺立不倒呢?应当归功于水。原来水对植物枝叶的形态起着重要的作用。它有些像橡皮胎里面的压缩空气。橡皮轮胎之所以坚挺,一方面是由于轮胎本身的弹性,另一方面则是依靠轮胎里面高压空气的支撑作用。水在植物的细胞里面,也是处于极大的高压之下的,因为水中溶解物分泌时,能产生水静压。
  在标准大气压下,4℃的水密度最大。世界上有几百万种不同的液体,但只有三种液体具有上述怪异的特性。
  其它特性
  水的比热特别高。水的溶解和蒸发的潜热也非常之高。由于这原因。地球上的水起着积蓄热能的巨大作用,它能够缓慢地吸收和释放太阳的热能,从而起到了调节地球气候的作用,避免了地球表面温度的骤变。同样地,在生物有机体内,水也能缓和新陈代谢反应所产生的热效应。
  水的表面张力特别强。表面张力就是液体表面分子之间的相互吸引力。它使水能够沾湿其它固体,也使它能在毛细管中向上爬升,毛细管直径愈小,则水爬升得越高。这一点对生物输送营养物,对地面表层与大气以及植物根部中的水的流动,极为重要。
  当水的温度降低到该结冰的程度,而仍旧保持液体状态时,就发生了所谓过冷现象。云或雾中过冷状态的水,遇到寒冷物体时,就会产生雾淞,这时它立即变成固体,使那物体包上一层薄冰。过冷现象也是水的一种特性。过冷的水,其温度可低达-40℃。
  水还能直接从气体变成固体。霜是大气中的水蒸气,碰到低于0℃物体时直接变成的极细的晶体。雪是水气在空中直接凝华所致,晶型呈六角形。据统计,雪花竟有四千多种不同形状。
  同素异形冰与过热水
  在20,000~25,000大气压力下,水的体积并不會缩小,但当压力超过上述限度以后,水的分子间的距离开始缩短,水的体积就缩小了。水在高压下逐步缩小体积,最后就形成好几种同素异形的冰。科学家把这几种冰用罗马数字加以编号,因为它们和普通的冰不同,它们比液体的水密度更大,在100,000个大气压之下的Ⅶ号冰,其溶点为360℃,这已接近水银的沸点了。
  我们虽然对水的奇异特性有了不少了解,但科学家们正在利用新颖的技术,继续对水进行深入的研究,因为我们对许多问题没有弄清楚,尤其对水在过热和过冷状态下的习性,所知甚少。
  过热的液体,即是指该液体在温度超过沸点后,仍旧保持液体状态的现象。当这种过热液体在最后变成气体时,它所积聚的热能急骤释放出来,就会产生危险的爆炸。当然,从事能源研究的工程师们,对这种现象是很感兴趣的。在这方面他们搞过一种试验,让一滴水在一个大气压力下,通过一根硅酮油柱,上述油柱的温度可以逐步升高。当油柱温度超过100℃时,水滴本来应当蒸发了,但它却继续向上爬,直到温度上升到280℃时,才突然爆炸而消失了。可见水在上述高温时,其热容量已达到极端高的数值,因为理论上的热容量极限是在324℃。
  另一方面,专家们对水的超冷现象也在加紧研究。此外晶体状态的水,也是新的研究领域。说不定研究的结果将会证实目前的一些科学假说。
  (责编:刘倩玮)
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