H2O是粗心的：首先测量显示过冷水真的是一个液体

首先测量提供了一种证据，即极度冷的液体存在于两个不同的结构中，其共同存在并以比例依赖于温度。

过冷水真的是两个液体。这是美国能源太平洋西北部国家实验室的研究团队到达的结论，在温度下液体水中的第一次测量比其典型的冰点较冷。

最近在杂志科学中发表的发现提供了长期寻求的实验数据，以解释在外层空间和地球上的极冷温度下的一些奇异的行为水展示。到目前为止，在最极端可能的温度下的液态水一直是竞争理论和猜想的主题。一些科学家们已经询问水是否可能真正存在于低至-117.7f（190 k）的温度下作为液体，或者奇数行为是否只是在其不可避免的途径上重新排列的水。

该论点是重要的，因为了解覆盖地球表面的71％的水，对理解它如何调节我们的环境，我们的境内和生活本身至关重要。

“我们展示了极冷温度下的液态水不仅相对稳定，它存在于两个结构上，”PNNL的化学物理学家Greg Kimmel说。“调查结果解释了一个长期存在的争议，而不是深过冷却水是否始终在平衡之前始终结晶。答案是不。”

过冷水：两个液体的空白

你认为我们现在了解水。这是地球上最丰富和最多研究的物质之一。但尽管它看似简单的氢原子和每分子-H2O的一个氧原子是粗俗的复杂性。

令人惊讶地难以低于其熔点：水抵抗冻结，除非它有东西开始，就像灰尘或其他粘合的其他固体一样。在纯净水中，将分子陷入冻结所需的特殊安排需要充满活力的轻推。它在冻结时扩展，与其他液体相比，这是奇怪的行为。但是，这种奇怪性是世界上的生活。如果冰块在大气中沉没或水蒸气没有保留温暖，我们所知道的地球上的生命不会存在。

水的奇怪行为使化学物理学家布鲁斯凯和格雷格金梅尔占据了25多年。现在，他们和博士后科学家Loni Kringle和Wyatt Thornley已经完成了一个里程碑，希望他们希望扩大我们对液体水分子可以制造的曲目的理解。

已经提出了各种模型来解释水的不寻常的特性。使用过冷水的一系列止动运动“快照”获得的新数据表明它可以凝聚到高密度，液体状结构中。这种较高的密度形式与较小密度结构共存，该较小密度结构更加符合水的典型键合。高密度液体的比例随着温度从-18.7f（245 k）至-117.7f（190k）而迅速降低，支撑对过冷水的“混合物”模型的预测。

Kringle和Thornley使用红外光谱法在捕获的水分子上以一种止动运动捕获，当薄膜用激光键入时，为几个短暂的纳秒产生过冷液体水。

“一个关键观察是，所有结构变化都是可逆且可重复的，”Kringle表示许多实验。

当雪花遇到外部大气中的过冷水时，格兰格形式。

格拉努尔：它是过冷的水！

这项研究可能有助于解释Graupel，蓬松的颗粒有时会在阴凉风暴期间落下。当雪花在高层大气中与过冷液体水相互作用时，格拉蛋白。

“液体水在上层大气中深深地冷却，”凯斯，PNNL实验室研究员和水的专家说。“当它遇到雪花时，它迅速冻结，然后在正确的条件下，落到地球上。这真的是大多数人才能体验过冷水的影响。“

这些研究还可以帮助了解液体水可以在非常冷的行星，土星，天王星和海王星在我们的太阳系上存在的方式。过冷水蒸气也会产生彗星后面的美丽尾巴。

过冷水造成彗星后面的美丽尾巴。新的洞察力进入超
级冷却水可能有助于解释水可以在外层空间和我们自己的寒冷高层大气中的水。

水分子体操

在地球上，更好地了解曲曲水可以在放置在紧张的情况下，例如楔入蛋白质的单个水分子，可以帮助科学家设计新药。

“围绕磷酸盐的水分子没有大量空间，”Kringle说。“这项研究可以阐明液体水在紧密包装的环境中的表现方式。”

Thornley指出，“在未来的研究中，我们可以使用这种新技术遵循潜在的分子重排在广泛的化学反应。”

仍有很大努力学习，这些测量将有助于更好地了解地球上最丰富的生命液体。

参考：“超级冷却液体水中的可逆结构转变由Loni Kringle，Wyatt A. Thornley，Bruce D.Kay和Greg A. Kimmel，192020年9月18日，Science.Doi：
10.1126 / science.abb7542

美国能源部支持这项工作，科学办公室得到支持。在EMSL，环境分子科学实验室，位于PNNL的科学用户设施的DOE办事处进行脉冲激光和红外光谱测量。