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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】 O—O耦合赋予O:H—O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】 江河源头来自高寒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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