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知乎-05: 为什么压强增大,水的熔点降低?

已有 474 次阅读 2018-4-15 12:43 |个人分类:水之魂|系统分类:科普集锦

压弱H-O键强极化 氢键受损自愈合


【1】         复冰现象(Ice Regelation) - 压致准固态的熔点降低。自从1859年法拉第发现用少量0度水可以焊接两块冰后,开尔文勋爵威廉×汤姆斯和兄弟俩用相变潜热解释后再无新说,也无争议。


【2】         OO耦合赋予O:HO氢键对形变的恢复和O:H断裂的自愈合能力。


【3】         声子谱学和单键热力学解析证明,由于O:H-O的非对称和O-O排斥耦合,O:H受压收缩刚化,压致H-O伸长弱化;前者的结合能(~0.1电子伏特)主导冰点,后者主导熔点。理论再生相边界温度-压强曲线得到H-O键能3.97电子伏特。

 

 

【相关现象】

【1】         载重细线可以切过冰块而后者并不断裂。

【2】         2100个大气压降低熔点致-22度极限,但-950大气压提升熔点6.5度。

【3】         压致O:H-O极化拓宽冰的禁带宽度使冰变成蓝色。

【4】         江河源头来自高雪山与冰河交界处的压致复冰。

【5】         冷冻水管近-20度才发生爆裂。

 


参考文献[1-3]

 

1.            X. Zhang, Y. Huang, P. Sun, X. Liu, Z. Ma, Y. Zhou, J. Zhou, W. Zheng, and C.Q. Sun, Ice Regelation: Hydrogen-bond extraordinary recoverability and water quasisolid-phase-boundary dispersivity. Sci Rep, 5: 13655, (2015).

2.            C.Q. Sun, X. Zhang, and W.T. Zheng, Hidden force opposing ice compression. Chem Sci, 3: 1455-1460, (2012).

3.            Y.L. Huang, X. Zhang, Z.S. Ma, Y.C. Zhou, W.T. Zheng, J. Zhou, and C.Q. Sun, Hydrogen-bond relaxation dynamics: Resolving mysteries of water ice. Coord Chem Rev, 285: 109-165, (2015).

 




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