分享本文至 E-mail 信箱

學術引用格式

MLA (點一下全選)

APA (點一下全選)

EndNote(.enw)

科學的「無人之境」— 超冷水

2014/07/08 | | 標籤:

你看過放在冷凍庫的水,明明已經降到0度以下,可是卻沒有結冰嗎?或是飛機飛過高空的雲層,機翼上會有冰粒,可是明明氣象預報沒有冰雹阿?其實這些都是超冷水造成的啦。

超冷水,表示當水降到熔點之下卻仍然保持液態的現象。平常的降溫過程,水分子會依附著晶核逐漸成長,便是我們俗稱的「結冰」;但是,若水中不存在灰塵或是雜質等可作為晶核的對象,即使不斷降溫,液態的水仍有可能不會凝固,保持流體的性質,這就是超冷水。

舉例來說,放在冷凍庫的水,由於瓶中缺乏晶核,即使降到冰點以下仍然不會結冰,瓶身也不會爆開(冰的體積較大)。在雲層間也存在超冷水,當飛機飛過,機翼會對超冷水造成擾動,使其快速凝固而殘留冰晶。

其實透過網路搜尋可以發現,這種科學現象並不難達到,幾乎人人都有能力完成一杯「超冷水」;不過,若要做出一杯攝氏-43度~-48度的超冷水,可就不像字面上那麼容易了,隨著溫度降低,要維持超冷水在液態便越來越困難,在如此低溫下的超冷水,甚至被科學家稱為「無人之境」。

最近,科學家們終於在「無人之境」裡跨出了新的一步[1](發表於Nature期刊上),他們首次觀測到低溫超冷水的內部結構!他們將低溫的超冷水由噴槍射出,在其飛行軌跡上,利用X光分析超冷水珠裡水分子的排列結構。結果顯示,小水珠不斷蒸發並降溫的過程中,水分子的排列會越趨整齊,且結構改變的速度也隨著溫度的降低而加快。

water_SLAC

Image: Gregory Stewart/SLAC National Accelerator Laboratory

這項研究不只可以對超冷水的特性有所探討,相同的技術也能應用在觀察水的其他狀態上。畢竟水可說是地球上最重要的物質,對它的性質有更精確的研究將能幫助我們加深對自然現象的了解。

參考資料:

  1. Ultrafast X-ray probing of water structure below the homogeneous ice nucleation temperature, Nature, DOI: 10.1038/nature13266

資料來源:Researchers reveal secrets of supercooled water Science Alert [July 02, 2014]

關於作者

昱夫

PanSci實習編輯~目前就讀台大化學所,研究電子與質子傳遞機制。微~蚊氫,在宅宅的實驗室生活中偶爾打點桌球,有時會在走廊上唱歌,最愛929。