肖建华的个人博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/肖建华

博文

学术上的无人区:水-冰,争论中的玻璃化相变 精选

已有 8830 次阅读 2016-9-25 17:58 |个人分类:生活点滴|系统分类:科研笔记

 

       今年,在美国的期刊现代物理评论上,发表了一篇文章(综述类),谈水的玻璃化相变。[Amann-Winkel, K, 6个作者。Water’s controversial glass transitions. Reviews of Modern Physics, Vol.88, 2016; DOI: 0034-6861/2016/88(1)/011002(20).] 

       文章指出,就日常生活而言,水是最为常见的液体。但是,水有非常多的反常属性。在所有已知的液体中,水的压力-温度关系是最为复杂的。

       就充分的了解水的结构和动力学问题而言,最大的困难在于:难于解释水的压力-温度图,从而水-结冰区域邻近,被戏称为:无人区。

       而表现出自相矛盾的各类理论观点的论题就是水的玻璃化相变(水-结冰)。

       文章列出的主要异常如下。

1)水,作为生命的基本网络元,其质量密度在4摄氏度时取最大值。而不是零度时。类似的区别于其它液体,水的其它物性异常多达70项(密度,扩散系数,黏度,绝热压缩率,各类微观物性参数,等)。作者认为,正是水的此类反常特性(在零度临近区域,及低温区、常压及低压区)使得水成为地球生命的起源。

2)水在0度以下可以保持为液态。低温膨胀,且有低温加速膨胀特性。因此,水可以在低温宇宙空间存在。理论上,一滴水可以在宇宙空间膨胀到很大的范围(抽象形式推断)。

3)水的结冰化是“同时发生的”,也就是空间上均匀的。目前对于水-结冰的晶格化过程还几乎是一无所知。

4)如果从气体概念来理解水,那么水就有玻璃态固体的非晶格属性。这样就有两种水:经典的水,玻璃化的水。从而,水应该有一个液-液临界温度,从而存在水-玻璃化水相变。这是各类争论的焦点之一。

5)在微观尺度的各类实验给出了相互矛盾的实验报导,各类观点发散性很大,从而没有形成共识。

6)目前3个冰元微观模型:纯粹的玻璃化物质;纯粹的纳米晶体;有内置纳米结构的玻璃化物质。各自有自身的实验设计和理论研究。

       文章最后的总结是:在一切液体中,对水H2O的研究是最多的,但是对于水的了解却是最少的。

       用在其它液体-固体相变上好好的理论,一旦应用到水上,就反常了。就量子力学、原子分子物理看,H2O系统并不复杂,但是,现有理论对水并不能给出符合实验现象的结果。

       

 



https://blog.sciencenet.cn/blog-39419-1005015.html

上一篇:朗道的序和黄昆的几何熵
下一篇:陈省身的微分几何理论书为何不流行?
收藏 IP: 222.88.196.*| 热度|

15 武夷山 孙长庆 彭思龙 喻海良 强涛 黄永义 张家峰 王安良 董全 黄仁勇 吕洪波 肖传国 魏焱明 zjzhaokeqin aliala

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (19 个评论)

数据加载中...
扫一扫,分享此博文

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )

GMT+8, 2024-3-29 13:49

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部