为什么重水像普通水一样行动

水覆盖了我们星球的70%以上,它是由h₂o制成的,两个氢原子粘合到一个氧原子上。但是,还有一种罕见的水,称为“重水”,其中氢原子被氘代替,氘是一种较重的氢,带有一个额外的中子。由于氘大约是重水的两倍,为什么重水像普通水一样出现在Knowridge Science报告中。

来源:Knowridge科学报告
通过研究不同构型的水分子,Max Planck聚合物研究所的研究人员现在已经能够在实验上证明量子效应长期以来仅在理论上预测。学分:Max Planck Society

水覆盖了我们星球的70%以上,它是由h₂o制成的,两个氢原子粘合到一个氧原子上。

,但还有一种罕见的水,称为“重水”,其中氢原子被氘代替,氘是一种较重的氢,带有一个额外的中子。

由于氘大约是常规氢的两倍,因此您可能会期望重水(D₂O)的行为有所不同。

令人惊讶的是,事实并非如此。例如,它仅比正常水高4°C。

Max Planck聚合物研究所的科学家,由Mischa Bonn领导,终于弄清楚了原因。

他们的研究在科学发展中发表,表明两个相反的量子效应相互抵消,使重水和普通水的特性令人惊讶地相似。

科学进步

在量子力学中,即使在绝对零温度(–273°C)中,原子也永远不会完全静止。它们在所谓的“零点能量”中略微振动。

在水中,氢原子振动很多,因为它们是如此轻。这意味着他们不在距氧气原子的固定距离处,它们存在于一种模糊的“云”中。这些量子振动称为核量子效应(NQE)。

当氢被较重的氘代替时,原子振动较小,并靠近氧原子。

这种效果使水分子略小,并影响其与其他水分子相互作用。

在这种“分子内”效果中,水分子内的键会收紧,相邻分子之间的距离增加,使它们更易于分离,就像冰融化时一样。

因此,虽然一种效应削弱了分子连接,但另一个效果会增强它们 - 两者几乎相互抵消。