东京大学 东京大学的科学家使用基于四面体结构形成的双态模型来解释水的异常性质和水令人惊讶的液-液转变 东京大学工业科学研究所的研究人员筛选实验数据，探索过冷水在无序和四面体结构形式之间发生液液相变的可能性
他们发现了基于四面体协同形成的临界点的证据，并展示了它在水的异常中的次要作用
这项工作表明，水的特殊性质——对生命至关重要——主要源于两种状态的特征
正如我们所知，液态水对生命是不可或缺的，然而它的许多性质与其他流体的行为方式不一致
其中一些异常现象，例如水在4℃时的最大密度和它的高热容量，对活的生物体有重要的影响
自伦根时代以来，这些特征的起源在科学界引发了激烈的争论
现在，东京大学的研究人员利用了一个双态模型，该模型假设液态水中两种类型的分子结构动态共存
这些是常见的无序正常液体结构和局部偏爱的四面体结构
如同许多其他相变一样，可能存在一个“临界点”，在此点上四面体之间的关联呈现幂律形式，这意味着不再存在任何“典型的”长度尺度
利用水分子的计算机模拟，以及对实验结构、热力学和动力学数据的综合分析——包括x光散射、密度、可压缩性和粘度测量——研究人员能够缩小临界点的范围，如果临界点存在的话
“如果在这些条件下，液态水四面体结构的形成是协同的，那么具有临界点的液液相变是可能的，”第一作者芮石说
研究小组表明，这发生在-90℃左右的温度和约1700个大气压的压力下
这个范围内的实验非常困难:因为水远低于正常冰点，冰晶会很快形成
然而，在这些非常高的压力下，样品可以在亚稳态“过冷”状态下保持液态
“我们看到了临界点是真实存在的证据，但在液态水的实验可及区域，它的影响几乎可以忽略不计，因为它离临界点太远了
这意味着水的异常来自双态特征，而不是临界状态，”资深作者哈吉姆·田中说
科学家们预计，这个项目将导致关于水的异常起源的长期辩论的趋同，以及对水的第二个临界点的更多实验性研究
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