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專家拍攝水分子快照 解析200年水導電之謎

一滴水蘊涵著無數有趣的奧秘。(Fotolia)
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【大紀元2016年12月05日訊】(大紀元記者張秉開編譯報導)科學家為自然界最神秘的導電現象拍攝「光譜快照」,200年來首次在原子層面解析水導電性的機理。

眾所周知,自然界中的可以導電,而且有很好的導電性。科學家曾將其解釋為電離作用,但是不清楚其中離子的具體運動方式。

耶魯大學(Yale University)的研究者觀察到,水在導電時,它的氧原子將質子從一個水分子轉移到另一個水分子的過程,像分子接力賽一樣。

物理學網站phys.org近日報導,耶魯大學化學教授馬克·約翰遜(Mark Johnson)解釋說:「水分子中的氧原子基本沒有運動。其(導電機制)像牛頓擺(Newton’s cradle)那樣,每個小鋼球(氧原子)都被掛在一根弦上,這些球排列成一條線。如果一個球升高,那麼它撞擊這條線,而只有最末端的那個球在動,其餘的球都保持靜止。」

牛頓擺 (維基百科)
科學家解釋,水在導電時,它的質子像這種牛頓擺一樣運動,傳遞電能。 (維基百科)

牛頓擺是一種有趣的能量傳遞方式,能量可以以很快的方式從空間的一端傳送到另一端,而空間中的其它物體並未運動。

約翰遜教授等人凍結了重水,之後在特定光譜條件下抓拍水分子的瞬間情況。研究者之所以採用由氘(氫的同位素)構成的重水,是因為可以在極低溫度下獲得顯示水中質子運動的清晰圖像。

微觀狀態下,水會有不同於宏觀世界中的表現。近日,麻省理工學院的研究者發表報告說,在微觀下,100攝氏度時,水不會像日常所見的那樣沸騰,反而是結冰狀態。

麻省理工學院的化學教授麥克·斯特諾(Michael Strano)解釋:「如果把液體放入納米大小的容器中,會改變它的相位變化特徵。」因此,碳納米導管中的水在100攝氏度甚至更高溫度時,變成冰那樣的結晶。#

責任編輯:明書閣

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2016-12-05 10:23 PM
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