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综述水在我们的生活中随处可见 , 甚至被称为是生命之源 。
它有一个独特的特性 , 当它成为固体的时候密度反而会变小 。 从微观上解释 , 那是因为当水处在液体状态的时候 , 水分子之间相隔的距离更加紧密 , 这也说明了水其实是一种很难压缩的东西 。
不过理论上来说 , 很难压缩并不代表着不能被压缩 , 在一些特定的情况下也是可以办得到的 , 那么水被强行压缩之后便发生怎样的变化呢?
气、液、固物体一般有三种存在形式 , 气态、液态以及固态 , 它们之间在宏观和微观上都有一定的区别 , 宏观上的区别想必不用多说 。
在微观上 , 当为气体的时候 , 物质分子间的距离很大 , 相互之间基本都没有作用力 , 它们通常没有什么固定的形状和体积 , 想要压缩起来很容易 。
当为液体的时候 , 分子之间的距离缩减了一些 , 但相互作用力还是很弱 , 因为分子们并不需要为了平衡而处在一个固定的位置 , 所以液体会具有一定的流动性 。
当成为固体的时候 , 分子之间就会挨得很紧密 , 这时候 , 分子之间的相互作用力也就会很大 , 为了处于一个比较平衡的状态 , 分子只会在固定的位置上小范围的运动 , 这时候物体也就会形成一定的形状 。
普通压缩同一个物质 , 所处的温度越高 , 它的分子也就会越活越 , 分子间的距离也就会越大 , 因此这些分子们就像是一个个怕冷的孩子一样 , 温度越低就会抱得越紧 。
所以要想进行压缩 , 那首先就得通过降温的方式 , 让这些“孩子们”抱得更紧 , 或者通过压力的方式 , 利用外力将他们收紧 。
不过由于水结构的特殊性 , 成为液体的时候反而比固体的时候 , 分子之间的间隙反而越小 , 所以降温显然不现实 , 那么用压力的方法可行吗?
我们来计算一下大概需要多大的压力 。
标准大气压的压强为101kPa , 也就是说 , 每平方厘米收到的压力在十牛顿左右 , 我们以此单位来计算 。
根据科学家得到的数据 , 要想压缩水给它改变形态 , 大概需要一万到十万个标准大气压 。 实验室中比较常见的用于施压的方法叫作金刚石压砧技术 , 它的极限在几十万个标准大气压 , 所以压缩水轻而易举 。
但通过实验 , 科学家发现 , 当为水施加压力的时候 , 水会变成冰的形态 , 一旦消除还是会回到原来水的状态 , 其实并没有达到我们想要的目的 。 这时候我们就要换一个角度思考 。
强行压缩虽然水分子之间的距离已经足够小了 , 但我们还可以从原子的角度对水分子进行压缩 。
原子主要是由原子核和电子组成的 , 虽然原子的质量取决于原子核的质量 , 但实际原子核的占地相对于整个原子来说非常小 , 大概就像一个足球场和一个蚂蚁的大小区别 , 所以就此而言 , 原子的压缩空间非常大 。
但从技术层面来讲 , 压缩原子需要克服一个巨大的排斥力 , 也就是由电子产生的 , 对抗外部的力量 。
这种情况的发生至少需要五十万个标准大气压 , 那些电子才能够发生逃逸 。 此时你会发现水的化学性质发生了变化 , 它不再变得透明 , 而是拥有的自己的颜色 。
而目前我们所知道压强很大的地方 , 地球上住在地心的位置 , 那里大概有四、百万个大气压 , 在那里 , 水中的氢元素可以压缩成一种氢金属 。
而来到行星木星的内核 , 这里的气压可以达到一千个标准大气压 , 这样的情况下 , 原子内部的电子开始产生一种“电子简并压” , 向外排斥 , 如果力量敌不过 , 电子就会被挤出金属核外 , 发生质子反应 , 这时候的水分子已经变成了中微子 。
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