气相和液相有什么关系(水在低温下,会从一种液体变成另一种液体?)

Posted

篇首语:幼敏悟过人,读书辄成诵。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了气相和液相有什么关系(水在低温下,会从一种液体变成另一种液体?)相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

气相和液相有什么关系(水在低温下,会从一种液体变成另一种液体?)


30年前,一些科学家首次提出了有关水的一种新的相变假说。液态水的许多独特的异常行为都被认为是这种相变的表现,它区分的是水的两种液相,即低密度液体(LDL)高密度液体(HDL)。因此,这种相变被称为液-液相变(LLPT)

理论认为,液-液相变是一种难以察觉的神秘过程,在低温条件下才会发生。然而,也正是因为发生条件的苛刻,和过程的隐蔽性,确认它的存在一直是一个挑战。这是因为,在这种低温条件下,水并“不想”成为液体,相反,它倾向于迅速结冰。

因此,有关这种相变仍有许多不为人知之处,它与常见的水在固相或气相和液相之间的相变的例子截然不同。

近日,一项发表在《自然·物理》上的新论文,为这个长达30年的问题提供了新的证据,在证实液-液相变观点的方面迈出了重要一步。


液-液相变的模拟

在新研究中,团队利用计算机模拟帮助解释在微观层面上区分这两种液体的特征是什么。模拟使用了水的胶体模型,还有两个被广泛使用的水的分子模型。

胶体是一种可以比单个水分子大上一千倍的颗粒。凭借它相对较大的尺寸,以及更缓慢的运动,胶体可以被用来观察和理解发生在更小的原子和分子长度尺度上的物理现象。

可以这么理解,水的胶体模型实际上为分子水提供了一个放大镜,让科学家能够真正揭开水的秘密,了解关于两种液体的故事。

他们发现,高密度液体中的水分子形成了一些特殊的排列,它们被认为是“拓扑复杂”的,比如三叶结(也就像椒盐饼那样的分子排列方式)或者霍普夫环链(就像钢链中的两个连接方式)。换句话说,高密度液体中的分子是缠结的。相反,低密度液体中的分子大多则会形成简单的环,因此,其中的分子是不缠结的

低密度液体(a)和高密度液体(b)两种液体网络的代表性概括图像,(c)表示高密度液体中拓扑复杂的排列。(图/Neophytou, A. et al., 2022)


这一见解带来了一种全新的观点。基于模拟,团队首次提出了一种基于网络缠结思想的液-液相变观点,发现了在同一网络形成的物质中存在不同液相的拓扑基础。


激发新的理论模型

这项精妙的计算研究极大地丰富并加深了我们对水的物理现象的理解。研究为水建立了可用于实验的简洁的胶体模型,为液体的大规模研究打开了全新的视角。

除此之外,研究人员还提供了非常有力的证据证明,在传统的液体局部结构分析中可能难以捉摸的相变,反而很容易通过追踪液体的键网络中的结点和链接而被发现。沿着瞬态分子键的路径寻找略抽象空间中这种错综复杂的现象,是一种非常有效的想法,它很可能会被广泛用于研究复杂的分子系统。

研究人员相信,这一新证据将激发基于拓扑概念的新型理论模型。他们设计的模型也将为新的实验铺平道路。这类实验终将验证理论猜想,并将缠结液体的概念进一步推广到其他液体中,比如硅。

研究作者之一、物理学家弗朗西斯科·西奥蒂诺(Francesco Sciortino)表示,水的秘密正在一个接一个地被揭开。

想象一下,如果有朝一日我们能看到液体的内部,观察水分子的舞蹈,它们颤动的方式,以及它们交换“伙伴”的方式,重组氢键网络,那将是多么美丽。这项研究和模拟正向着这个梦想迈出重要一步。


参考来源:

https://www.birmingham.ac.uk/news/2022/new-evidence-shows-water-separates-into-two-different-liquids-at-low-temperatures

https://www.nature.com/articles/s41567-022-01698-6

封面图/首图:Rahul, Pixahive, CC0

相关参考

液化气罐气相和液相能混用吗(餐饮场所燃气使用安全小知识)

餐饮场所燃气使用安全小知识根据《中华人民共和国安全生产法》第三十三条第四款:餐饮等行业的生产经营单位使用燃气的,应当安装可燃气体报警装置,并保障其正常使用。第九十九条:生产经营单位有下列行为之一的,责...

液相色谱组成和各部件的作用(正面较量气相色谱 VS 液相色谱)

气相和液相是有机检测的两大基本仪器,占据着有机实验室的统治地位,虽然同做有机检测,但就两个仪器本身也有着较大区别。那么,我们可以从以下5个方面进行了比较。气相色谱是二十世纪五十年代出现的一项重大科学技...

液相色谱组成和各部件的作用(正面较量气相色谱 VS 液相色谱)

气相和液相是有机检测的两大基本仪器,占据着有机实验室的统治地位,虽然同做有机检测,但就两个仪器本身也有着较大区别。那么,我们可以从以下5个方面进行了比较。气相色谱是二十世纪五十年代出现的一项重大科学技...

气相色谱与高效液相色谱区别(高效液相色谱法)

...谱法等的理论和实践技术,并采用高压输液泵、高效固定相和高灵敏检测器等装置,实现了分析速度快、分离效率高和操作自动化,这种柱色谱技术成为高效液相色谱法,又成为高压液相色谱法。高效液相色谱法具有以下突出特...

气相色谱与液相色谱的主要区别(「学术」超逼真动图解析色谱(GC、GPC)、 热分析(TG、TMA)测试仪器)

...流动相,就叫气相色谱。分析原理:样品中各组分在流动相和固定相之间,由于分配系数不同而分离谱图的表示方法:柱后流出物浓度随保留值的变化提供的信息:峰的保留值与组分热力学参数有关,是定性依据;峰面积与组分...

水在沸腾时气泡是怎样来(物态变化知识点)

第三章物态变化一、温度温度①表示物体的冷热程度,②表示物体分子做无规则运动的剧烈程度,③表示物体分子平均动能的大小2、单位:常用单位是摄氏度(℃)规定:在一个标准大气压下冰水混合物的温度为0度,沸水的温...

温度升高液体的粘度(熔融黏度和粘性有关系吗?)

熔融黏度和粘性有关系吗? 有的客人会有一个误会,觉得热熔胶的熔融黏度大,热熔胶的粘性就大。 熔融黏度意思是在给定条件下加热熔化或融解状态的黏度,由粘度计或黏度仪测定,直接影响热熔胶的流动性。 运动粘度是液...

温度升高液体的粘度(熔融黏度和粘性有关系吗?)

熔融黏度和粘性有关系吗? 有的客人会有一个误会,觉得热熔胶的熔融黏度大,热熔胶的粘性就大。 熔融黏度意思是在给定条件下加热熔化或融解状态的黏度,由粘度计或黏度仪测定,直接影响热熔胶的流动性。 运动粘度是液...

气相色谱仪有哪些部分组成(「学术」超逼真动图解析色谱(GC、GPC)、 热分析(TG、TMA)测试仪器)

...流动相,就叫气相色谱。分析原理:样品中各组分在流动相和固定相之间,由于分配系数不同而分离谱图的表示方法:柱后流出物浓度随保留值的变化提供的信息:峰的保留值与组分热力学参数有关,是定性依据;峰面积与组分...

溴化锂制热模式不制热为什么(溴化锂空调原理)

...沸腾:液体具有在低压状态下低温沸腾的性质。我们知道水在常