茉莉花新闻网

中華青年思想與行動的聚合地

水真的不能被压缩吗?若强行把水一直压缩,又会发生什么?

如果我们仅讨论液态水,那么确实几乎是不可压缩的——即便施加很大的压力,其体积的变化也微小到可以忽略不计。事实上,任何液体都难被压缩,这是由液体的微观状态决定的:

v2 ea84c7a67cb39bd036d44148779238e5 720w

气体分子间的距离比较远,因此很容易被压缩:

v2 f4a007eec87d07d97c75a7423d59975f 720w

液体的情况就完全不同,受分子间作用力的吸引,分子已经挨得比较近了,难以在外力的作用下进一步压缩:

v2 b22905dc5138d02eab4806053ce32459 720w

但如果给液态水施加非常大的压力,可能会发生相变,正如给水蒸气加高压会变成液态水一样,在不同的温度、压力条件下,最稳定的物相(即液体、气体或晶体结构不同的固体)也是不同的:参见以下相图

v2 d4c70654acc97feafecc9a7a73b5069d 720w

例如我们想考虑在 20℃下给水加高压会发生什么,可以在图中描出代表 20℃的竖线。顺便注意图中红色横线标出了一个标准大气压(1atm),可见[20℃,标准大气压]下水以液态形式存在。沿着 20℃线向上走,压强越来越高,可以看到大约 1Gbar 时液态水会转变为

晶型的固态水

但是这种类型的固态水和我们日常生活中看到的冰并不相同:我们常见的冰大都是在 1atm 下、略低于 0℃下的固态水,参照相图可以知道其是

晶型。而且我们常说冰的密度比水小,指的就是

冰。高压下物质肯定倾向于向密度更大的相去转变,因此压缩水必然得不到密度更小的

冰。


根据评论区的问题补充:

前述常温高压下的晶型

的密度要比水大,更高压下得到的

冰密度还会更大。这是因为压强越高,体积越趋向于减小的热力学原理。数据如下(来自 wiki)[1]

相态 冰 Ih 冰 VI 冰 VII
密度 (g/cm³) 0.917 1 1.31 1.65

为什么没有其他晶型的冰的照片呢?在地球生物圈中,由于很少有极端的温度和压强条件,几乎全部的冰都是

晶型。但地幔内部压强是极高的,在某些来自地幔的天然钻石中能发现被锁住的少量

冰粉末。[2]

科学家在实验室中用激光加压可以制备

冰,同时用 X 射线探测其晶体结构,装置如下图所示[3]

v2 2e840b7a6249ff541cbc4b5725c949ec 720w

但得到的

冰的尺寸是微米量级的,没办法制备出肉眼清晰可见的规模。

在地球外的其他天体中(例如木卫二海底)也可能存在着高压相态的冰,答主也希望有一天能去看一看 ♪(´▽`)

同类信息

查看全部

茉莉花论坛作为一个开放社区,允许您发表任何符合社区规定的文章和评论。

茉莉花新闻网

        中国茉莉花革命网始创于2011年2月20日,受阿拉伯之春的感召,大家共同组织、发起了中国茉莉花革命。后由数名义工无偿坚持至今,并发展成为广受翻墙网民欢迎的新闻聚合网站并提供论坛服务。

新闻汇总

邮件订阅

输入您的邮件地址:

linkedin facebook pinterest youtube rss twitter instagram facebook-blank rss-blank linkedin-blank pinterest youtube twitter instagram