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水是怎么结冰的?科学家用了一百年才弄明白,你好意思说你懂?

时间:2020-03-08 作者: 来源:51区未解之谜网 手机阅读

最近,每个人都体验到了真正的家的感觉。你还好吗?现在我已经重返工作岗位,我相信许多人的生活又回到了正轨。想想不久前的一段时间,因为我不能出门,采购成了一个问题。我刚刚赶上家里烧酒的疲惫,所以我在网上买了一瓶烧酒。

我当时忘记了,我来自东北...

啊啊啊不要在戏里跳,这不是我的照片...好好谈谈科学~

当料酒到来的时候,它被称为真诚啊如果它被扔在地上,玻璃瓶破了,恐怕用料酒做成的冰也不会破。

东北人在冬天收到快递,总是充满惊喜。

冰冻成仙水

核桃很难打碎,是不是上帝

特别是对乌龟来说,心理阴影区是什么起初,我买了一只乌龟,想把它养起来,但我不认为我只能在家炖...

,不管是什么,都会冻结...有时候,我真的忍不住要问:为什么水会结冰?

你可能会说:天气冷,结冰时就会结冰!

不要看你说的,当然,事实上,这个问题,连科学家都涵盖了毕竟,水的冻结过程不能用一句冷的话来解释。科学家想要的是理论基础和实际观察结果。仅仅说冷会结冰是不能令人信服的——水分子会感到冷吗,然后和附近的水分子讨论并说,“太冷了,让我们结冰吧?”然后它冻结了?

| 100多年前,美国物理化学家吉布斯(提出高中知识“吉布斯自由能”的人)和其他人提出了“经典成核理论”:他们认为如果水想要冻结,实际上需要一个条件,那就是晶核流行的(但不准确的)解释是水会附着在某一点上。以此类推,它相当于那些最近突破临界点,渴望去购物和吃喝的人。只要一个购物中心开张(相当于晶核),所有的人都会冲进去排队购物和吃饭(这些人相当于水分子)

(附言:疫情还没有结束,大家应该理智一点,在最后几天出去玩)

是一样的,当水温降到0℃以下时,它不一定冻结,但一定有晶核一旦有了晶核,水就会很快结冰。当然,晶核不能太小,否则就像宋小宝的拔河一样。这对其他人来说太难了。

,因此,这个世界将会有一种特殊的水——过冷水也就是说,当水低于理论冰点-0℃时,它仍然呈现液态(当然,压力应该是正常的,不能是流动的水)根本原因在于没有晶核。

你可能会问:这很荒谬吗?根据你所说的,在冰箱里放一点自来水不是没有冰吗?

错了因为你的水不是水。

可能有点夸张准确地说,你家的水不是纯净水。当我们在学校第一次接触化学时,我们需要学习的第一件事是物质的分类。由相同的简单物质或化合物组成的物质称为纯物质,否则称为混合物。事实上,我们几乎可以说世界上没有纯粹的物质。我们看到的任何物质,即使是高纯度的,也会含有杂质。

包括你家的水,否则,至少里面有水垢?也许你的净水器很好,能去除大部分杂质。即便如此,这水里还有氧气吗?否则,水是如何养鱼的?

因此,虽然你家里的水放入冰箱后可能不会自己结晶,但其他物质都在冰点以下,而不是结晶核的作用,结晶核使水冻结。

因此,如果你想得到过冷水,你必须设法提高水的纯度。

,然而,过冷水本身是不稳定的只要有一点干扰,比如给它一个晶核或一种具有类似效果的物质,它就会很快冻结。

记得小时候看动画片《海尔兄弟》的时候,也有这样的一集,用这个原理

还有另一个现象,也很有趣。如果你用一根很细的金属丝切割冰块,只要冰块还在,切割的冰块就会很快重新凝结成一整块冰。

如果你想看看过冷水是什么样子,你不必使用实验室设备。你不妨买一瓶纯净水(杂质少)-我想你不会不知道纯净水和矿泉水的分类是盲目的-把它放在冰冻层,一段时间后,它会冷却到冰点以下但是,你要注意两点:第一,温度不能太低,净化水太难;第二是取出时要小心,否则会摇晃得太厉害,很快就会结冰。

这只是矿泉水。如果条件允许,在这个实验中使用高纯度的水更容易得到过冷水。

那么,如果它是纯水,它不可能冻结吗?

不是更不用说世界上没有纯水的说法了,事实上,如果是纯水,当它突破冰点时就会出现晶核。然而,我不知道这种晶核出现背后的原理。感觉更像是运气...简而言之,偶尔会出现晶核,为冰冻提供了机会。尽管如此,对于纯水来说,冻结速度仍然很慢

理论已被广泛解释了100多年,并在教材中教授了很长时间。

,然而,科学家从未见过所谓的晶核每个人都猜测晶核是纳米级的,太小了。同时,它将很快导致附近的水迅速结冰,所以它的存在只有几纳秒。这两个因素很难观察到有些人简单地说,“不要谈论晶核。只要我不亲眼看见,我就不相信他们!”

的问题终于在去年结束了。解决这个问题的,是一群中国科学家,来自中国科学院化学研究所、中国科学院大学和河北理工大学的研究人员——说实话,他们的研究也有点令人尴尬。这家人问“你最近在学什么”并回答“为什么水会结冰?”据估计,父母后悔交了学费...

,当然,这是一个笑话毕竟,这是一个困扰人类100多年的命题。能够解决这个问题也是一大成就。现在我甚至认为只有中国科学家才能真正解决这个难题。因为这个实验的方法看起来很像曹冲的图像寻找替代品的原理(只是我的感觉,我不知道他们是否真的受到了这个故事的启发)正如我们所说,

对于科学家来说很难探测到,因为晶核非常小,而且它的存在时间非常短。因此,中国研究人员改变了他们的想法。他们不是研究晶核本身,而是寻找晶核的替代品。当我们发现替代物达到了晶核的效果——允许水冻结的临界尺寸,这不是等于找到了晶核的尺寸吗?

他们选择了一种叫做氧化石墨烯纳米片的材料这种材料的特点是能起到晶核的作用,而且尺寸调整相对简单。经过一系列实验,科学家发现只有当氧化石墨烯纳米片的横向尺寸(L)大于200/δT nm的临界值时,才能有效促进冰核形成

,这与科学家先前推测的数据非常接近。

的科学严谨,用这种材料获得的实验结果明显不足。因此,研究人员还用硅酸镁锂纳米片等材料进行了实验,结果是相同的。

他们将实验结果汇编成一篇论文“用氧化石墨烯纳米片探索冰形成的临界核尺寸”,并发表在《自然》杂志上。在这一点上,已经争论了100多年的晶核终于被承认了。

水结冰,这是人类已经习惯了几百万年的现象,终于有了明确的解释。

那么,这个发现的意义是什么?只是为了驱散人类的困扰吗?

肯定不是

那可能是为了照顾我们东北人,让我们不要在冬天收到冷冻冰棍?

鸡蛋由东北人接生的可能性更小...

已经掌握了水的冻结机制,可以帮助人类更好地控制水(固体、液体和气体)的相变这为人类提供了一个机会来控制冷冻食品的新鲜度,并创造一个更有效的防冻层。

在医疗中更为重要。如果我们能通过控制晶核来确保水不被冻结,我们就能更好地冻结和保存人类细胞组织。这不仅有治疗效果,还能帮助那些幻想在身患绝症并等待未来治疗时通过冷冻技术来维持生命的人。否则,当一个人兴高采烈地准备冷冻起来以备将来治疗时,其结果是体液冻结并冻死,这似乎太不经济了...

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