著者：黃媂（@太空生物學）

編排：黃姤（@外空生物學）

水的形態有多少種？

A.氣態、

B.氣態、液態

C.氣態、液態、固態

D.氣態、液態、固態、超臨界態

答案：

D

選錯的朋友一定會很好奇，水的形態不是隻有3種嗎？超臨界態又是一種什麼樣的形態？

01 太空生物學

水常見三種形態

我們都知道「水」是一種十分普遍的物質，幾乎地球上的每一個角落都有水的存在，同時「水」也是一種非常特殊的物質，因為水的形態會根據環境的不同而作出不同的變化，在常溫和常壓的環境條件下，水的形態一般都是處於液態的，當達到某一個溫度的時候由於水中的分子會因為受到熱度的影響從而發生一些運動，當水的溫度被加熱到水的沸點100攝氏度時，水就處於沸騰的狀態，原本處於液態的水就逐漸從液態轉化為氣態。相反，當水的溫度達到水的冰點0攝氏度時，水中的分子分佈會十分穩定，從表面上來看這個時候的水就結成冰了，再嚴謹一點就是當水到達零下4攝氏度時，水的固態形態是非常穩定的。

水常見三種形態：

01 當水氣態時：

日常生活裡我們煮東西的時候，當到達了某些溫度的時候會看到一些氣體往上飄，這個就是水的氣態形態，當水煮開的時候是最明顯的。

02 當水固態時：

天氣寒冷時，我們會在一些葉子上面看到小小的白點，這個就是水呈現固態的表現，當水在零下四度時就開始屬於穩定的固態。天氣寒冷時，我們會在一些葉子上面看到小小的白點，這個就是水呈現固態的表現，當水在零下四度時就開始屬於穩定的固態。

03 當水液態時：

這種形態的水相信不用我解釋大家都會懂，地球71%的面積都被海洋覆蓋了，一般情況下的水都是呈現液態的，只有特別情況下才會出現氣態和固態的情況。例如：溫泉、極地（南、北極）。這種形態的水相信不用我解釋大家都會懂，地球71%的面積都被海洋覆蓋了，一般情況下的水都是呈現液態的，只有特別情況下才會出現氣態和固態的情況。例如：溫泉、極地（南、北極）。

以上3種是我們能夠憑藉基本常識能夠理解的形態，但是水的第4種形態就顛覆了物理學，因為這種形態的水是可以被點燃的。

圖解：水的3種形態相互轉化關係圖

02 太空生物學

水的第4種形態

上面為大家介紹的3種形態，是在常溫和常壓的環境條件下形成的，但是要形成第4種形態·「超臨界水」的環境非常特殊，只有在高溫和高壓的環境條件下才可以形成，液態水的溫度到達100攝氏度時會轉化為水蒸氣擴散到空氣中，但是「超臨界水」的溫度達到驚人的460攝氏度並沒有轉化為氣體，而是處於一種超臨界的狀態。

科研人員在大西洋的海域底部對海底熱泉（海底煙囪）進行探測時發現噴口周邊的水溫高達460攝氏度，按理常規的物理常識460攝氏度的水早已經轉變成氣體了，然而讓人出乎意料的是這片區域的海水並出現氣化的現象，而是展現出一種令科學家都感到驚訝的狀態——液態與氣態之間的超臨界狀態，之所以會出現這種情況是因為海中有壓力限制著。

液態與氣態之間的超臨界狀態這種特殊現象不是每個海底熱泉都存在的，形成「超臨界態」的條件要求非常特殊：

特殊條件

Astrobiology

1.需要有裂縫的海底地殼。

2.需要有岩漿從地殼底下噴發出來，滾燙熔化的岩石從岩石圈下方的地幔層流出。

3.噴發出來的高溫岩漿有足夠的熱量可以把周圍的海水加熱，同時加熱後的水會瞬時與低溫的水結合。

圖解：海洋深處大陸版塊分界線加熱海水的情境

03 太空生物學

第4種形態水的特點

特點一：

水要維持在超臨界狀態需要的環境條件是十分苛刻的，其中氣壓和溫度佔據主導地位，因為只有當氣壓和溫度都剛剛好到達一個比例十分恰當的數值時，水才會在壓力和溫度的配合影響下向超臨界狀態過渡，此時水中的分子、原子排列出現了新的方式，所以說超臨界狀態的水是處於半氣態、半液態的疊加態，這個時候的氣態水和液態水的密度是一致的，正因為這個超臨界疊加態與薛定諤的貓理想實驗那隻半死、半活的貓一樣讓人抓不著頭腦。

特點二：

超臨界水的氧化反應活性也是非常強的，假如你有想氧化的物體選擇用超臨界水的效果是最佳的，因為透過超臨界水浸泡的物體氧化的程度幾乎可以達到100%，還有透過超臨界水浸泡的氧化速度遠遠要比在空氣或者其他溶劑中氧化的速度要快很多倍。

特點三：

我們往往的認知就是水是用來把火澆滅的，但是超臨界水卻可以像汽油一樣燃燒起，這顛覆了傳統物理學認知中的“水火不容”，超臨界水之所以可以能夠燃燒是因為這種形態時可以溶解水中的油脂，這是其它三種形態的水無法辦到的。

04

黃姤

超臨界水將會是重要的研究課題

“

物以稀為貴”

這個詞是我們日常生活中用來形容那些稀缺的物體，但是這個詞用宏觀宇宙的角度來看的話，地球上最珍稀的物體就不會是寶石了，最珍稀的恰恰是佔據整個地球71%面積的水，因為水是孕育生命的搖籃，搜尋地外生命的首要條件也是水，目前在直徑９３０億的可觀測宇宙裡發現擁有水資源的地外行星是寥寥無幾的。水只擁有氣態、液態、固態這三種形態是我們過去的認知罷了，現在已經知道在惡劣的環境下是可以令水以其它的形態展現，或許將來在地外行星上會發現更多水的形態，水的第４種形態就是在惡劣的環境中被發現的，而地外行星的環境遠遠要比地球惡劣很多，因此水就有可能會出現這４種形態之外的形態了。

環境條件的不同會改變物質的形態，從科學的角度來講一切的物質都是由微小的基本粒子組成的，基本粒子的排列方式決定了物質的形態，或許在各種環境條件下水會出現更多種形態，畢竟沒有那個科學家敢胸有成竹地站出來說——水只有4種形態。

舉

例

說

明

水在常溫、常壓下是呈現液態的狀態，這時水當中的氧原子和氫原子的結合是相對穩定的，但是最穩定的形態是凝固成冰的固態水。然而當水遇熱後水分子中的分子鍵被打亂了，這時氧原子和氫原子就會處於不穩定的狀態，這時水就會從液態向氣態轉化。

隨著超臨界水的發現重新整理了我們對水的認知，它的幾個顯著特點對科學技術的發展有了很多啟發，對於超臨界水的研究將會是未來的重要課題。