水分子|对科学家而言，水为什么被称为自然界最复杂的物质之一？( 四 )
举个例子来看 ， 对于锯齿状的边界 ， 我们发现它首先在一个位置长出一个五圆环 ， 然后五圆环再进一步延拓 ， 长成一串的队列式五圆环 ， 但是这些五圆环中间有一些空隙 。
怎么办呢？水分子非常聪明 ， 它能够直接嵌到这些空隙里面 ， 把这些五圆环桥接在一块儿 ， 像搭桥一样 ， 最后把它变成最初始的六圆环状态 ， 这就完成了一次生长 。
这就是我们在显微镜下面看到的冰的真实生长状态 。
我们一旦知道了冰是怎么长出来的 ， 就可以告诉材料科学家怎么去制备一些特殊的材料 ， 来抑制冰的形成 ， 或者促进冰的形成 。
这是其中一个例子 。 我们做了一个看起来上面、下面一样的材料 ， 但实际上我们已经对这个材料的上下两部分做了特殊的涂层处理 ， 上面是抑制结冰的涂层 ， 下面是促进结冰的涂层 。
把这个材料放在水蒸气下面 ， 然后降到低温状态 ， 水就开始在表面凝结、结冰 。
上面的涂层上长出的是非常粗糙的颗粒状的冰 ， 下面的涂层上长出的是非常平整的冰层 。 这时候拿风一吹 ， 上面这种冰粒很容易就被吹掉了 ， 但是下面的冰层会牢牢地吸在表面上 ， 怎么吹都不掉 。
我们终于发现可以人为地去控制材料抑制结冰或者促进结冰的行为 ， 这实际上具有很重要的现实意义 。
比如研究冰层、大气中冰雨的形成 。
过冷水在界面处结冰又比如表面防结冰、器官冷藏时防止器官被冰碴所刺破等 。
人类首次在原子层次看清“盐水”
刚才讲的是纯水 ， 但实际上水跟别的物质也会发生很有意思的相互作用 。
其中一个相互作用称为“离子水合” 。 这个词听起来非常陌生 ， 但是我举个例子大家一定会觉得非常熟悉 。
如果我们把一勺盐直接倒在水里 ， 再晃一晃 ， 这个盐很快就没有了 ， 因为盐都溶解在水中了 。
盐为什么会溶解？从微观上看大概是这么回事：盐是氯化钠 ， 是由氯和钠组成的晶体 ， 把氯化钠泡在水里 ， 水分子会慢慢地把钠和氯两种离子拽走 ， 同时水分子会包裹在被拽走的离子周围 ， 这样就形成一种团簇结构 ， 这个团簇结构就是离子水合物 ， 这个过程我们称为离子水合过程 。
离子水合过程在100多年前就已经被化学家所意识到了 ， 但是迄今为止仍然没有人真正看到过离子水合物到底长什么样 ， 离子水合过程是不是能够发生 ， 水分子在离子周围到底是什么样的构型 ， 离子周围到底有几个水 ， 实际上这一系列的基础问题都很难回答 。
我们在显微镜下面能够清楚地看到 ， 由一个水和一个离子形成的水合物 ， 两个水跟一个离子 ， 三个水、四个水等不同数目的水分子可以跟一个离子形成千奇百怪的结构 ， 而且它的构型也非常有意思 。
这可以说是我们人类第一次在原子层次看清楚盐水 。
实际上 ， 想看到盐水没那么容易 。
一般情况下 ， 我们把盐放在水里面来溶解成离子水合物 ， 但是对于我们来说这种办法是不行的 。
我们必须要用针尖人工造出单个离子水合物 ， 这样才能让成像变得简单 。
所以我们设计了一个非常有意思的办法 ， 可以用针尖模拟水溶解离子的过程 ， 人为地造出含有不同数目水分子的离子水合物 ， 然后再去进行拍照 。
除了看到水的状态之外 ， 我们还发现当离子周围包裹了特定数目水分子的时候 ， 这个离子水合物可以在表面非常快地扩散 ， 这就是非常有意思的幻数效应 。
只有在特定数目水分子包裹的情况下 ， 离子才能获得比较大的速度 。
人体吸收离子的时候 ， 离子必须要穿过离子通道才能被人体吸收 ， 但是离子通道本身非常狭窄 ， 它是一个原子尺度的通道 。
很反常的是 ， 实际上离子能够非常高效地通过离子通道 。
我们的工作实际上提供了一种非常有趣的理解 ， 是不是在离子通过通道的时候 ， 它周围包裹了特定数目的水分子 ， 水分子可以帮助离子高效地通过离子通道 。
推荐阅读
- 菲律宾棉兰老岛警察与武装分子发生冲突 至少8人死亡
- 海蒂·拉玛|海蒂·拉玛：好莱坞里的女科学家
- 环球科学猫|科学家发现2300万年前的“树叶”！给人类提了个醒？
- 机器人|科学家的终极目标……是让自己失业？
- 台湾|偷摸跑？12名乱港分子在逃台途中被抓，并带回内地公安机关羁押
- 乱港分子企图潜逃被抓，民进党当局称“非法来台须负刑责”，梁振英讽：极速割席
- 机器人|科学家的终极目标......是让自己失业？
- | 社会学所与百度联合开设“社会科学家的第一节人工智能课”
- 现场曝光！12名“港独”分子乘坐黑帮快艇欲潜逃台湾，被中国海警抓获
- 有理儿有面：偷摸跑？这帮乱港分子在逃台途中被一锅端！