水，我们远不了解

陈前云

在这个世界上，许多我们认为十分熟悉的东西，却常常是雾里看花。我们生活中常见的水，先前我们认为它是由一个一个化学式为H2O 的分子组成，但是现在科学家才发现，它实际上是由大大小小的分子团组成，因此，水才有我们所不知道的诸多特性：在0℃以下还保持液态的过冷水，－110℃下成为极端黏滞的玻璃水，在500℃才会发生汽化的聚合水……一种我们再熟悉不过的东西竟然有如此多的未知。

当我们打开世界地图时，当我们面对地球仪时，呈现在我们面前的大部分面积是鲜艳的蓝色。从太空中看地球，我们居住的地球是一个椭圆形的，极为秀丽的蔚蓝色球体。水是地球表面数量最多的天然物质，它覆盖了地球70%以上的表面。地球是一个名副其实的大水球。

几何学上有5种奇妙的正多面体，它们分别是：正四面体、正六面体、正八面体、正十二面体和正二十面体。无论从任何角度来观察，它们都是稳定的、完全对称的，每个角、边、面都是完全相同的。所以，古代科学家们认为水分子应该为正二十面体，因为正二十面体由20 个正三角形的面组成，最接近圆球，流动性最大。也许你会笑话古代科学家们的观点有点太牵强和迂腐。但是，随着分子研究水平的日益提高，最近科学研究让人备感惊讶，竟然发现水分子确实常以正二十面体的形式存在。

分子阵容异常

我们每天都在跟水打交道，使用它研究它。但到目前为止，科学家用于描述水的理论，没有一个能够解释水的所有性质。直到现在，水的某些异乎寻常的现象和性质还在被科学家不断地揭示出来。

例如，水的世界里是什么样的？如果你变成微小的精灵，进入水中去游逛，你会惊讶地发现，水中的水分子们并不是像一粒粒独立的沙子一样各自独立。你时不时地会看到大大小小的水分子团伙，在这些团伙中，水分子们按一定形状排开，就像在摆阵，而且是各种各样的阵。有5 个水分子摆成的五边形，有6 个水分子摆成的小船，有8 个水分子摆成的涡轮，10 个分子的轿子，14 个分子的金刚烷形状，甚至还有由20 个水分子构成完美对称的正十二面体笼子。甚至还有由大笼子套小笼子套起来的正二十面体呢。这个阵比较大，是由一个个小型阵容组合成的大型“ 龙门阵”，其中有280 个水分子参与。而且组成各个阵的成员总是在不断变换，有的水分子一会儿进入这个阵，一会儿又组成那个阵。当然各个阵之间也有许许多多单个的水分子。水中的情景就像人类社会一样，有大大小小的团体，而不是以简单的一个个的个人存在。

参观完了水中的奇景，你跳出水面，结果却更加惊讶地发现，稀薄的水蒸气竟然也不全是单个水分子组成的，其中还飘荡着“五边形”和“小船”，参与组合五边形和小船的水分子们竟然都是手拉手跳出了水面。

手拉手的舞蹈

你感到自己像是到了童话王国走了一圈，可是这是事实，你不免非常困惑，水分子们为什么会这样？其实你看到的景象，化学家们也是最近才观察到的，以前也许是观念和技术的限制，竟然没有发现这些奇景。

作为化学家，他们肯定也会像你那样感到奇怪。目前，他们已经找到了原因。我们知道，水分子内部，化学键把两个氢原子和一个氧原子连接起来，而水分子之间却很容易靠氢键连接起来。氢键并不是通过化学反应形成的，而是通过静电吸引作用形成的。在这里，化学键就相当于通过血肉、骨骼等相连的关节，把水分子内的脑袋和四肢相连；而氢键就相当于水分子间手拉手。关节难以形成也难以断开，但手和手却很容易拉住，也容易松开。因此水分子们就很容易通过手拉手摆成形形色色的阵容。由于水分子的形状和手拉手的角度，水分子们容易形成对称的正十二面体和正二十面体。

水中的这些立体集团被科学家用x 射线衍射方式证实之后，科学家们不免欣喜，因为它可以解释有关水的许多未解之谜。例如，60个碳组成的足球形的足球烯为什么能溶解到水中?科学家认为它是钻到了正二十面体的水笼子里被保护了起来，否则它一刻也不会在水中停留。

无晶体结构

长期以来，人们发现一个现象，用电磁场作用于水，水的成分没有发生变化，还是水分子组成的，但是却具有了更高的活性。这应该是因为水分子在电磁场的作用下不容易聚集成团，于是水的密度小，黏性小，穿透力强，活性高。许多生物组织的器官会通过生物电磁场来产生低密度的水，对抗干燥、高温及外界压力。

与这种穿透力强的水相反，水还会形成一种黏稠的玻璃水。当我们减缓纯净水（水中无杂质）的冷却速度，水就会在0℃以下仍然保持液态，这种低于0℃的水叫做过冷水。若让过冷水继续过冷，当冷到－110℃，它就变成了一种极端黏滞、类似玻璃的熔融状态，它没有固定的形状，没有晶体结构。由于它的形态很像玻璃，于是被叫做“玻璃水”。

玻璃水很有意义：例如，人体冷冻保存的关键问题之一是避免水结成冰，因为水结冰，体积骤增，这会破坏人体细胞组织的结构。而玻璃水却会不知不觉地由液态变成固态，或者由固态变成液态，过程中没有明显的体积变化。而且这种玻璃水黏性高，看起来像抗冻甘油，可保护生物体在低温下不至于冻伤，加温后又可回复正常，这给低温生物学带来很大希望。由此，我们还可以得出一个启示，其他酷冷星球上不一定没有生命，那儿的生命体使用玻璃水就可以正常生存。

据观测显示，玻璃水中分子以正十二面体居多，正是由于这些大小水分子团的稳定存在，使水相当于是由许多大大小小的分子组成的混合物，混合物当然没有固定的晶体结构，类似玻璃，于是出现了玻璃水现象。

聚合水风波

至此，我们还可以理解有关水的一场风波。1962年，前苏联一位科学家提出水会聚合成聚合水。1969年，美国马里兰大学的科学家用石英毛细管悬吊于蒸馏水上，真空条件下，得到了聚合水。聚合水完全不同于普通的水：正常压力下，它500℃才能变成蒸汽，－40℃方形成类似玻璃的固体。它的密度比水大40％，看起来像凡士林而不像水，尖的东西都可以在它的表面留下划痕。它的组成分子和普通水一样，都是2 个氢原子伴着1个氧原子。但聚合水好像是许多H20 以新的键联在一起，形成了高分子。聚合水比较稳定，如果把它用普通水混合加热，普通水都蒸发了，聚合水还会稳定地留存下来。

但是问题来了，既然聚合水这么稳定，为什么我们一直未能在自然界里发现它呢?上世纪70 年代，许多科学家又拿出了一个可以反驳聚合水的理论：水既然聚合了，它就会释放出一定的能量，那么生物体岂不就可以靠只喝水就可以维持生命了?它可以喝进普通水，排出聚合水，可是我们并没有发现只喝水就能生存的生命呀！可见，聚合水是不存在的，水的那种状态可能是因为在凝结过程中少量硅元素进入其中而导致的。

有趣的是，竟然有科学家真的找到了这种生物，它就是蟑螂。他们把蟑螂困在玻璃管内，开始蟑螂还企图逃跑，当明白无望后，就只好安静地乖乖地呆在玻璃管内，玻璃管较低的一端有水，另一端比较干燥，蟑螂每天到水边喝水，到另一边排便。开始几天还能看出它排出的是粪便，后来粪便只是混浊的溶液，到第四天，蟑螂排出的粪便就是透明清澈的圆水珠了。就这样，在玻璃管内被困了2 年，蟑螂没有长大，也没有死，反而很活泼。放出来后，它已经不知道以原来的食物为食了。

做实验的科学家认为蟑螂就是靠水聚合所产生的能量维持至今的。但是有关聚合水到底是否存在的争论还没有休止。如果聚合水真的存在，那么在植物或动物体内是否有聚合水呢?如果有，它又扮演了怎样的角色呢?也许因为它的存在，冬天的麦子免于冻死，某些昆虫可在低温下正常生存，某些冬眠动物体温虽然很低，但不会被冻结。

也许我们可以用水中普遍存在的水分子团来解释这种聚合水现象，水中的280 个水分子组成的正二十面体已经是较大的分子团了。据观测，水中的280 个水分子组成的正二十面体还可以再继续扩大，13个正二十面体可以组成1 820个水分子组成的超大分子团。只是一般情况下，这种大分子团由于分子之间的张力增大，稳定性比正二十面体差。若水在一定条件下，水中较大的分子团能够稳定存在，那么水就会看起来像是聚合物了，而且水分子聚合成团的过程也会放出一定的能量的。

至此，我们不免感叹，水这种结构简单的物质，其物态之复杂却如此超乎人们的想象!

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数独答案：

谁来破逍遥派的珍珑棋局

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翻转茶杯

按照题中条件，无论翻转多少次都不可能。

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