謎一樣的液體

陳　晨

水與人們的生活密不可分，似乎是一種人們再熟悉不過的物質(zhì)，但在科學(xué)家看來，水里依然有乾坤，除了我們已知目前無法用蒸發(fā)、對流、過冷、熱絕緣來解釋的姆潘巴（熱水在一定條件下比冷水更快結(jié)冰）奇怪現(xiàn)象外，仍有不少未解之謎。

50 多年前，巴黎一個(gè)用于航船模型試驗(yàn)的水池內(nèi)，由于很長時(shí)間沒有換水，池內(nèi)滋生了大量的藻類，池水看去是綠色的，當(dāng)航船模型在這樣的池水中航行時(shí)，測出的速度竟然莫名其妙地增加了40％，當(dāng)人們通過換水清除了藻類后，航船的速度又恢復(fù)了原來的水平。難道是水藻減小了航船航行的阻力？水藻的阻礙應(yīng)該增加阻力才對呀。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，原來長滿水藻的水中含有藻多糖，這是一種長鏈分子糖，能夠使水變成一種軟物質(zhì)，減小水的湍動帶來的阻力，這叫做減阻效應(yīng)。利用這種效應(yīng)，現(xiàn)在的消防水中經(jīng)常添加少量聚乙烯氧化物，可使消防車龍頭噴出的水柱高度提高1倍以上。

奇異漩渦

水流旋轉(zhuǎn)會自動形成規(guī)則的多邊形？當(dāng)科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室觀察到這種現(xiàn)象時(shí)，非常驚訝。他們在一個(gè)大圓筒的底部向上裝一根桿，桿端裝一圓盤面，圓盤面平行于大圓筒的底部。用電機(jī)帶動，可使圓盤面飛速旋轉(zhuǎn)。在圓筒內(nèi)裝上水，水面沒過圓盤面幾個(gè)厘米。然后開動電機(jī)，圓盤面帶動水流旋轉(zhuǎn)，擊打著圓形的器壁，形成圓形漩渦。

圓盤面繼續(xù)加快速度，突然水流的圓形漩渦出現(xiàn)了棱角，變成了多邊形，隨著水流旋轉(zhuǎn)速度的不同，逐漸出現(xiàn)了三角形的漩渦，正方形的漩渦，五邊形的漩渦和六邊形的漩渦。初始的圓形漩渦是不穩(wěn)定的，但是當(dāng)它變成多邊形后，多邊形漩渦卻非常穩(wěn)定，能夠保持相同的形狀長達(dá)幾個(gè)小時(shí)，只要攪拌槳的旋轉(zhuǎn)速度不變，也就是水流的旋轉(zhuǎn)速度不變，漩渦的形狀就不變。水流旋轉(zhuǎn)逐漸變化，漩渦的形狀也會慢慢變成另一個(gè)形狀。這些多邊形漩渦有的是靜止的，有的也在旋轉(zhuǎn)著，速度較恒定，但是它的旋轉(zhuǎn)速度遠(yuǎn)低于圓盤面的旋轉(zhuǎn)速度。

在這里，圓盤面其實(shí)就是起到了攪拌的作用。實(shí)驗(yàn)表明，即使攪拌的槳葉沒有棱角，完全是圓盤形的，旋轉(zhuǎn)的水流隨著轉(zhuǎn)速的變化也會呈現(xiàn)出多邊形的形狀。這些多邊形漩渦簡直是個(gè)奇觀，讓觀察它的科學(xué)家們目瞪口呆。但是對于這個(gè)現(xiàn)象為什么會出現(xiàn)？怎么出現(xiàn)的？科學(xué)家們卻一無所知?？茖W(xué)家正在用不同大小的圓筒形容器、不同的攪拌槳來試驗(yàn)多邊形漩渦出現(xiàn)所需要的條件。

無管虹吸

用木棒攪拌普通水，水會旋向四周。但是，當(dāng)向水中添加一點(diǎn)哪怕只有0.001％溶于水的高分子長鏈物質(zhì)后，你再用木棒攪拌時(shí)，水不但不會旋向四周，反而還會向中心聚集，并且還有沿著木棒向上爬的趨勢，水似乎變成了一團(tuán)柔軟的棉花糖。石油開采時(shí)，一般就是采用這種添加了高分子長鏈物質(zhì)的水沖擊油礦，抱成一團(tuán)的軟物質(zhì)水就會把石油從油礦中趕出來。

半杯水放在高處，我們?nèi)绾尾粌A倒、不破壞杯子就可以讓杯子里的水進(jìn)入低處的杯子里呢？我相信大家都知道，很簡單，找一根軟管，把軟管的一端插入高處杯子的水中，另一端放入低處的杯子中，當(dāng)把水吸滿軟管后，水就會自動攀過杯子壁，通過軟管從高處的杯子流向低處的杯子里。那么我們能否不用軟管，讓水自動化為一縷，攀過杯子壁，直掛下來，進(jìn)入低處的杯子呢？其實(shí)只需向高處杯子的水中加入很少量的能夠溶于水的高分子長鏈物質(zhì)，分子鏈越長越好。這時(shí)，我們把高處杯子里的軟管口拔出水面，就會看到一縷水仍然源源不斷地從高處的杯子中升入管子后，流向低處的杯子。當(dāng)貼著杯子壁把管子撤掉，水還會繼續(xù)成縷地攀過杯子壁向外流，直到杯中的水都流光，場面著實(shí)讓人驚訝，這叫做無管虹吸現(xiàn)象。

水會衰老

通常我們只知道動物和植物有衰老的過程，其實(shí)水也會衰老，而且衰老的水對人體健康有害。研究表明，水分子是主鏈狀結(jié)構(gòu)，水如果不經(jīng)常受到撞擊，也就是說水不經(jīng)常處于運(yùn)動狀態(tài)，而是靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，這種鏈狀結(jié)構(gòu)就會不斷擴(kuò)大、延伸，就變成俗稱的“死水”，這就是衰老了的老化水。現(xiàn)在許多桶裝或瓶裝的純凈水，從出廠到飲用，中間常常要存放相當(dāng)長一段時(shí)間。桶裝或瓶裝的飲用水，被靜止?fàn)顟B(tài)存放超過3天，就會變成衰老了的老化水，就不宜飲用了。

研究表明，青少年如果經(jīng)常飲用存放時(shí)間超過3 天的桶裝或瓶裝水，就會使身體里的細(xì)胞新陳代謝明顯減慢，影響生長發(fā)育。而中老年人常飲用這類桶裝或瓶裝水，就會加速衰老。近年來，許多地區(qū)食道癌及胃癌發(fā)病率增多，就有可能與飲用老化水有關(guān)。剛被提取的、處于經(jīng)常運(yùn)動、撞擊狀態(tài)的深井水，每升僅含亞硝酸鹽0.017 毫克。

但在室溫下儲存3 天，就會上升到0.914 毫克；原來不含亞硝酸鹽的水，在室溫下存放一天后，每升水也會產(chǎn)生亞硝酸鹽0.000 4 毫克，3天后可上升0.11 毫克，20 天后則高達(dá)0.73 毫克。而亞硝酸鹽可轉(zhuǎn)變?yōu)橹掳┪飦喯醢贰＜抑赋觯簩ν把b水想用則用，不用則長期存放，這種飲水習(xí)慣，對健康無益。

水是生命的源泉。目前世界上一個(gè)突出的問題是“水臟了”。即各種水源都遭到不同程度的污染。受污染的臟水嚴(yán)重威脅著人類及各種生物的安全。世界衛(wèi)生組織調(diào)查指出，人類疾病80%與水有關(guān)。盡管人們可以通過各種不同的方法，來確保平時(shí)飲用水的清潔衛(wèi)生，但恐怕無法保證我們天天食用的那些食物不受臟水的污染。如許多水產(chǎn)品受到了污染，它們體內(nèi)都?xì)埩糁廴疚铮藗兪秤昧?，就會受到二次污染?/p>

分子簇特征

當(dāng)大多數(shù)人每天擰開水龍頭的時(shí)候，他們大概不會望著龍頭里嘩嘩流出的水去想這樣的問題：每個(gè)水分子是與周圍的4 個(gè)還是2 個(gè)水分子結(jié)合？而科學(xué)家們卻認(rèn)為這很重要。

長期以來，教科書告訴人們，水分子由2 個(gè)氫原子和1 個(gè)氧原子結(jié)合而成，每個(gè)水分子又與4 個(gè)另外的水分子結(jié)合，形成一個(gè)四面體。根據(jù)這些結(jié)構(gòu)知識，可以定性地解釋水的各種性質(zhì)。

最近一群來自美國、德國、瑞典和荷蘭的研究者宣稱：每個(gè)水分子是與2 個(gè)另外的水分子結(jié)合，而不是以前一直認(rèn)為的4 個(gè)。如果認(rèn)為液態(tài)水中全部水分子只與其周圍2個(gè)水分子有關(guān)的話，那么水的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)將會改變，從而會影響水的功能。

這個(gè)未被進(jìn)一步證明的新觀點(diǎn)是用新的同步加速器X光照片得到的。如果新結(jié)論成立，那些建立在單個(gè)水分子基礎(chǔ)上的理論都會受到影響，應(yīng)用長達(dá)一個(gè)世紀(jì)的經(jīng)典教科書中的有關(guān)內(nèi)容就有可能要重寫。

根據(jù)科學(xué)家近百年來對水的研究表明，水是氫和氧的化合物，每個(gè)水分子由2 個(gè)氫原子和1 個(gè)氧原子組成。這2 個(gè)氫原子各以最外層的1 個(gè)電子與1 個(gè)氧原子最外層的2個(gè)電子組成2 個(gè)共用電子對，使兩種原子的最外電子層都達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)（這就是所謂的氫鍵），從而形成了水分子。液態(tài)水是以動態(tài)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)存在的，在一定條件下，表現(xiàn)出以不同水分子組成的、相對獨(dú)立的分子簇特征。自然界中的液態(tài)水，是以團(tuán)簇結(jié)構(gòu)存在，這已是無可爭議的研究結(jié)論，只是隨著條件的改變，其團(tuán)簇的大小有所不同。這種不同的團(tuán)簇也包括1 個(gè)水分子與其周圍2 個(gè)水分子通過氫鍵而組成的三聚水。如果認(rèn)為液態(tài)水中全部水分子只與其周圍2 個(gè)水分子有關(guān)的話，那么，水的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)將會改變，從而會影響水的功能。這是一種新的結(jié)論，是否完全正確還有待于多方面研究證實(shí)。

熱冰是水的另一個(gè)驚人現(xiàn)象，即水在室溫下，加以106 伏特的電場，也能變成冰。這個(gè)現(xiàn)象被用來解釋云的形成，云層里的冰晶初次形成時(shí)需要-10℃的低溫，而后來再次結(jié)冰只需要-5℃，這意味著晶體的結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變。

對于科學(xué)家來說，水的結(jié)構(gòu)與化學(xué)性質(zhì)依然是最令他們困擾的研究方向之一。比如喝山泉水能長壽，除了簡單的無污染解釋之外，是否與水的物質(zhì)結(jié)構(gòu)有關(guān)？水分子能加入蛋白質(zhì)的構(gòu)想，會不會對人類基因產(chǎn)生影響？對這些與人類息息相關(guān)的水的性質(zhì)，還需要科學(xué)技術(shù)發(fā)展來進(jìn)一步完善。