谜一样的液体

陈　晨

水与人们的生活密不可分，似乎是一种人们再熟悉不过的物质，但在科学家看来，水里依然有乾坤，除了我们已知目前无法用蒸发、对流、过冷、热绝缘来解释的姆潘巴（热水在一定条件下比冷水更快结冰）奇怪现象外，仍有不少未解之谜。

50 多年前，巴黎一个用于航船模型试验的水池内，由于很长时间没有换水，池内滋生了大量的藻类，池水看去是绿色的，当航船模型在这样的池水中航行时，测出的速度竟然莫名其妙地增加了40％，当人们通过换水清除了藻类后，航船的速度又恢复了原来的水平。难道是水藻减小了航船航行的阻力？水藻的阻碍应该增加阻力才对呀。经过研究发现，原来长满水藻的水中含有藻多糖，这是一种长链分子糖，能够使水变成一种软物质，减小水的湍动带来的阻力，这叫做减阻效应。利用这种效应，现在的消防水中经常添加少量聚乙烯氧化物，可使消防车龙头喷出的水柱高度提高1倍以上。

奇异漩涡

水流旋转会自动形成规则的多边形？当科学家在实验室观察到这种现象时，非常惊讶。他们在一个大圆筒的底部向上装一根杆，杆端装一圆盘面，圆盘面平行于大圆筒的底部。用电机带动，可使圆盘面飞速旋转。在圆筒内装上水，水面没过圆盘面几个厘米。然后开动电机，圆盘面带动水流旋转，击打着圆形的器壁，形成圆形漩涡。

圆盘面继续加快速度，突然水流的圆形漩涡出现了棱角，变成了多边形，随着水流旋转速度的不同，逐渐出现了三角形的漩涡，正方形的漩涡，五边形的漩涡和六边形的漩涡。初始的圆形漩涡是不稳定的，但是当它变成多边形后，多边形漩涡却非常稳定，能够保持相同的形状长达几个小时，只要搅拌桨的旋转速度不变，也就是水流的旋转速度不变，漩涡的形状就不变。水流旋转逐渐变化，漩涡的形状也会慢慢变成另一个形状。这些多边形漩涡有的是静止的，有的也在旋转着，速度较恒定，但是它的旋转速度远低于圆盘面的旋转速度。

在这里，圆盘面其实就是起到了搅拌的作用。实验表明，即使搅拌的桨叶没有棱角，完全是圆盘形的，旋转的水流随着转速的变化也会呈现出多边形的形状。这些多边形漩涡简直是个奇观，让观察它的科学家们目瞪口呆。但是对于这个现象为什么会出现？怎么出现的？科学家们却一无所知。科学家正在用不同大小的圆筒形容器、不同的搅拌桨来试验多边形漩涡出现所需要的条件。

无管虹吸

用木棒搅拌普通水，水会旋向四周。但是，当向水中添加一点哪怕只有0.001％溶于水的高分子长链物质后，你再用木棒搅拌时，水不但不会旋向四周，反而还会向中心聚集，并且还有沿着木棒向上爬的趋势，水似乎变成了一团柔软的棉花糖。石油开采时，一般就是采用这种添加了高分子长链物质的水冲击油矿，抱成一团的软物质水就会把石油从油矿中赶出来。

半杯水放在高处，我们如何不倾倒、不破坏杯子就可以让杯子里的水进入低处的杯子里呢？我相信大家都知道，很简单，找一根软管，把软管的一端插入高处杯子的水中，另一端放入低处的杯子中，当把水吸满软管后，水就会自动攀过杯子壁，通过软管从高处的杯子流向低处的杯子里。那么我们能否不用软管，让水自动化为一缕，攀过杯子壁，直挂下来，进入低处的杯子呢？其实只需向高处杯子的水中加入很少量的能够溶于水的高分子长链物质，分子链越长越好。这时，我们把高处杯子里的软管口拔出水面，就会看到一缕水仍然源源不断地从高处的杯子中升入管子后，流向低处的杯子。当贴着杯子壁把管子撤掉，水还会继续成缕地攀过杯子壁向外流，直到杯中的水都流光，场面着实让人惊讶，这叫做无管虹吸现象。

水会衰老

通常我们只知道动物和植物有衰老的过程，其实水也会衰老，而且衰老的水对人体健康有害。研究表明，水分子是主链状结构，水如果不经常受到撞击，也就是说水不经常处于运动状态，而是静止状态时，这种链状结构就会不断扩大、延伸，就变成俗称的“死水”，这就是衰老了的老化水。现在许多桶装或瓶装的纯净水，从出厂到饮用，中间常常要存放相当长一段时间。桶装或瓶装的饮用水，被静止状态存放超过3天，就会变成衰老了的老化水，就不宜饮用了。

研究表明，青少年如果经常饮用存放时间超过3 天的桶装或瓶装水，就会使身体里的细胞新陈代谢明显减慢，影响生长发育。而中老年人常饮用这类桶装或瓶装水，就会加速衰老。近年来，许多地区食道癌及胃癌发病率增多，就有可能与饮用老化水有关。刚被提取的、处于经常运动、撞击状态的深井水，每升仅含亚硝酸盐0.017 毫克。

但在室温下储存3 天，就会上升到0.914 毫克；原来不含亚硝酸盐的水，在室温下存放一天后，每升水也会产生亚硝酸盐0.000 4 毫克，3天后可上升0.11 毫克，20 天后则高达0.73 毫克。而亚硝酸盐可转变为致癌物亚硝胺。专家指出：对桶装水想用则用，不用则长期存放，这种饮水习惯，对健康无益。

水是生命的源泉。目前世界上一个突出的问题是“水脏了”。即各种水源都遭到不同程度的污染。受污染的脏水严重威胁着人类及各种生物的安全。世界卫生组织调查指出，人类疾病80%与水有关。尽管人们可以通过各种不同的方法，来确保平时饮用水的清洁卫生，但恐怕无法保证我们天天食用的那些食物不受脏水的污染。如许多水产品受到了污染，它们体内都残留着污染物，人们食用了，就会受到二次污染。

分子簇特征

当大多数人每天拧开水龙头的时候，他们大概不会望着龙头里哗哗流出的水去想这样的问题：每个水分子是与周围的4 个还是2 个水分子结合？而科学家们却认为这很重要。

长期以来，教科书告诉人们，水分子由2 个氢原子和1 个氧原子结合而成，每个水分子又与4 个另外的水分子结合，形成一个四面体。根据这些结构知识，可以定性地解释水的各种性质。

最近一群来自美国、德国、瑞典和荷兰的研究者宣称：每个水分子是与2 个另外的水分子结合，而不是以前一直认为的4 个。如果认为液态水中全部水分子只与其周围2个水分子有关的话，那么水的熔点、沸点将会改变，从而会影响水的功能。

这个未被进一步证明的新观点是用新的同步加速器X光照片得到的。如果新结论成立，那些建立在单个水分子基础上的理论都会受到影响，应用长达一个世纪的经典教科书中的有关内容就有可能要重写。

根据科学家近百年来对水的研究表明，水是氢和氧的化合物，每个水分子由2 个氢原子和1 个氧原子组成。这2 个氢原子各以最外层的1 个电子与1 个氧原子最外层的2个电子组成2 个共用电子对，使两种原子的最外电子层都达到稳定结构（这就是所谓的氢键），从而形成了水分子。液态水是以动态网络状态存在的，在一定条件下，表现出以不同水分子组成的、相对独立的分子簇特征。自然界中的液态水，是以团簇结构存在，这已是无可争议的研究结论，只是随着条件的改变，其团簇的大小有所不同。这种不同的团簇也包括1 个水分子与其周围2 个水分子通过氢键而组成的三聚水。如果认为液态水中全部水分子只与其周围2 个水分子有关的话，那么，水的熔点、沸点将会改变，从而会影响水的功能。这是一种新的结论，是否完全正确还有待于多方面研究证实。

热冰是水的另一个惊人现象，即水在室温下，加以106 伏特的电场，也能变成冰。这个现象被用来解释云的形成，云层里的冰晶初次形成时需要-10℃的低温，而后来再次结冰只需要-5℃，这意味着晶体的结构发生了改变。

对于科学家来说，水的结构与化学性质依然是最令他们困扰的研究方向之一。比如喝山泉水能长寿，除了简单的无污染解释之外，是否与水的物质结构有关？水分子能加入蛋白质的构想，会不会对人类基因产生影响？对这些与人类息息相关的水的性质，还需要科学技术发展来进一步完善。