在标准大气压下,水结冰的温度是0℃ ， 水沸腾的温度是100℃ 。 可是你敢相信 ， 水在105℃时不但不会沸腾 ， 反而会结冰吗？麻省理工学院几位科学家曾经做过一个奇葩的实验 ， 就是把水加热到105℃的时候 ， 发现水竟然又结成了冰 。 这究竟是怎么回事呢？其实在正常情况下,水是不可能出现这样情况的 ， 一个大气压下水达到100℃就会转变成水蒸气 ， 更何况是105℃ 。 所以水在105℃结冰的现象其实是科学家经过处理,在特殊条件下实现的 。
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这个奇葩的实验原本是为了预测碳纳米管是否会排斥水分子的猜想 ， 最后却得到了出人意料的结果 。 科学家们先找到一些非常细的碳纳米管 ， 这些碳纳米管仅有几个水分子大小 。 首先他们往这些碳纳米管内注水 ， 然后将这些碳纳米管加热 。 与科学家们预期结果不同的是 ， 当测试温度达到100℃以上时 ， 水居然变成了冰 。
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在这次试验中 ， 由于很难确定水固态化时的温度 ， 所以105℃被默认为水固态化的最小值 。 其实在温度高达150℃以上时 ， 水还是有可能结成冰 。 那么究竟是什么原因使得水在100℃以上也能结冰呢？其实这是由于碳纳米管过小的直径决定的 ， 因为温度的不断升高导致水分子的运动状态发生了变化 ， 但又由于碳纳米管非常的细小 ， 水分子的活动受到了限制 ， 无法向常态下液态水变成水蒸气一样逃逸掉 。 这种变化促使碳纳米管中的水在高温下结冰 ， 这也印证了物极必反的道理 。
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不但如此 ， 科学家们通过实验还发现 ， 直径不同的碳纳米管会使得水结成冰的冰点不同 ， 即便碳纳米管的直径从1.05纳米扩大到1.06纳米水的冰点温度都会有数十度的差异 。 这也说明水在极其小的空间里 ， 其冰点及沸点都会发生变化 。 看来我们对水的了解还是太过于单薄 。 水是我们生活中最常见的物质之一 ， 每一种生物的生存都离不开水 。 全球海洋总面积3.6亿平方公里 ， 约占地球总表面积的71% ， 甚至可以说水在宇宙中也是大量存在的 。
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太阳系中的很多星球上都有水 ， 比如木星卫星二、木星卫星三和木星卫星四 ， 这三个卫星上的水甚至比地球上还多 。 一些科学家们认为 ， 在一些类星体的附近 ， 水可能多到难以置信的程度 。 彗星是太阳系中的小天体 ， 分为慧核、慧发、慧尾三部分 ， 慧核是由冰物质构成的 ， 所以彗星上有很多的冰 ， 当受到阳光的照射 ， 这些冰会汽化成水蒸气喷发出去 ， 喷发出去的水蒸气就好像彗星长长的“尾巴” 。 而在木卫二、木卫三、木卫四这样的卫星上 ， 它们的表面更是有上百公里厚的冰层 ， 冰层下面则是大量的液态水 。
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水虽然很常见 ， 但是它的物理性质却十分特别 。 水和很多其他物质都不同 。 比如在一个大气压下 ， 温度是4℃的时候 ， 水的密度最高 ， 为一克每立方厘米 ， 低于或者高于这个温度 ， 水的密度都会变低 。 这就是冰可以浮在水面上的原因 。 而且它常温下的液态物体却不具备这种特性 ， 因为通常同一种物质都是固体的时候 ， 密度较大 ， 液态和气态的时候密度较小 ， 但是水却和它们不一样 ， 水在宇宙中不同的地方 ， 状态也是不一样的 ， 在地球的表面 ， 因为适宜的气压和温度 ， 导致地表的水大部分都是液态 ， 当温度降低到0℃的时候 ， 水就会结成冰 。 而在一个大气压下把水加热到100℃ ， 水就会汽化成水蒸汽 。
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不仅是在大自然中 ， 水在人体的作用更加不能忽视 ， 水分子是一种极性分子 ， 它对无机物和极性有机物有良好的溶解作用 ， 它能溶解血管壁上沉积的杂物 ， 使血管恢复弹性 ， 对预防动脉硬化起到一定作用 。 水还有很强的渗透力 ， 水分子通过与人体内其他分子的相互作用 ， 可以渗入人体组织及细胞 ， 将养分带入人体 ， 并且排出废物 ， 实现体内的新陈代谢 。 人体液内的各种物质均有一定的平衡浓度 ， 浓度过大或过小 ， 均会使身体不适 。 水在体内的扩散 ， 可以调整溶解物的浓度 。 对于人来说 ， 水是仅次于氧气的重要物质 ， 在成人体内 ， 他来分之60~70的质量是水 ， 儿童体内水的比重更大 ， 可达近80% 。 如果一个人不吃饭 ， 仅依靠自己体内贮存的营养物质 ， 甚至可以活上一个月 ， 但是如果不喝水 ， 连一周都很难度过 ， 体内失水10%就会威胁身体的健康 ， 失水20%就会有生命危险 ， 可见水对生命的意义 。 如此重要且神奇的水 ， 远远不止我们了解的这些 ， 还有更多需要探索的秘密 。
【碳纳米管|水加热到105℃，不会沸腾反而会结冰，究竟为什么？】
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