水通过什么介质导电 科学家用了200年首次在原子层面上解释了水如何导电(1)

水是一种电导体,这是在科学课上都会教的一个基本常识——当然这也是为什么水系神奇宝贝怕放电类型的。但说实在的,尽管水导电的现象看似很简单,但200多年来,没有人能够在原子层面上解释水是如何导电的。

有趣的是,虽然在周围世界看到的水都是良电导体,在实验室之外很罕见的超纯水实际上不导电,因为它缺乏自由电子。但是,在自然界中,几乎所有的水都会与沉积物和矿物质混合,从而电离水分子并使之导电。

水通过什么介质导电 科学家用了200年首次在原子层面上解释了水如何导电(2)

红色为氧原子,灰色为氢原子

多年来在分子水平上研究水的化学性质为Johnson的团队提供了一个优势。他们能够冻结化学过程,得以捕获分子的瞬态,从而揭示由于格罗特斯机理导致的结构变化。

为了提高图像的清晰度,研究人员只使用了5个“重水”分子(由氢的同位素氘和氧组成的化合物),然后将之冷却至接近绝对零度(零下273.15摄氏度)。这样,一切过程都被放慢,质子运动的图像也就能变得更加清楚了。

本质上,科学家发现的是一种罗塞塔石碑(解释古埃及象形文字的可靠线索)。这提供了关于水及其导电性能的新见解,而此现象是地球上许多化学反应的一部分。

水通过什么介质导电 科学家用了200年首次在原子层面上解释了水如何导电(3)

除此之外,该研究团队使用的技术也是革命性的。它也可以使我们一窥水的其他性质,例如其神秘的第二种液态。

尽管水无处不在,但它是宇宙中最不可思议的分子之一。对水及其导电性在原子层面进行更深入的研究,可揭示科学家先前错过或误解的东西。

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