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水是生命之源，你知道水的原子極限是什么嗎?科學(xué)家告訴你真實的答案

水是生命之源，地球面積的71%是海洋，地球之所以能有豐富多彩的生命，跟水的大量存在是緊密相關(guān)的，而人類在探索宇宙尋找地外生命的時候，也把一顆星球是否有液態(tài)水做為首要條件，只要發(fā)現(xiàn)了有液態(tài)水存在的星球，就會引起科學(xué)家的高度關(guān)注，意味著這顆星球可能有生命的存在。
水是地球上最豐富，同時也是人們最熟悉的物質(zhì)，人們的日常離不開水，我們平時要補充大量的水分，人們的身體也需要水。可能很多人說，我們對水太熟悉了，每天都接觸，人們真的了解水嗎?越是簡單的東西，往往越難了解，而水就是這樣，水或許在普通人眼里就是很熟悉，很簡單的物質(zhì)，但在科學(xué)家眼里，水卻是人類最不了解的物質(zhì)之一。
水是生命之源，你知道水的原子極限是什么嗎?科學(xué)家告訴你真實的答案
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水之所以如此復(fù)雜，一個重要的原因就是氫(H)原子核的量子效應(yīng)。水的分子結(jié)構(gòu)很簡單:H2O，而H是元素周期表中最輕的原子。一般來說，如果原子核較重，可以近似地把它處理為經(jīng)典粒子，只需把電子量子化，從而對其進行研究--但這種方法套用在H這種“近似電子重量”的原子核身上，就失效了。
此外，水與其他物質(zhì)的相互作用同樣十分非常復(fù)雜。北京大學(xué)物理學(xué)院量子材料科學(xué)中心教授江穎說，由于水是強極性分子，它作為溶劑能使很多鹽發(fā)生溶解，而且能與溶解的離子結(jié)合在一起形成團簇，此過程稱為離子水合
離子水合這個過程可以說是無處不在的，它在很多的物理，化學(xué)，生物等領(lǐng)域都扮演著重要的角色，像一些物體的溶解，電化學(xué)的反應(yīng)，生物體內(nèi)的離子轉(zhuǎn)移，大氣污染，海水淡化等。可以說，離子水合在我們的眾多領(lǐng)域都時不時得發(fā)生著。
對于離子水合的研究早在100年前就開始了，那個時候的科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了離子水合的存在，但可惜經(jīng)過100多年的研究努力，離子的水合殼層數(shù)、各個水合層中水分子的數(shù)目和構(gòu)型、水合離子對水氫鍵結(jié)構(gòu)的影響、決定水合離子輸運性質(zhì)的微觀因素等諸多問題，至今仍沒有定論。
水是生命之源，你知道水的原子極限是什么嗎?科學(xué)家告訴你真實的答案
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關(guān)鍵的原因是缺乏單原子、單分子尺度的表征和調(diào)控手段，以及精準可靠的計算模擬方法。不過近年來，我國科學(xué)家王恩哥，江穎與同事、學(xué)生一起合作，發(fā)展了原子水平上的高分辨掃描探針技術(shù)和針對輕元素體系的全量子化計算方法，在水/冰的結(jié)構(gòu)和動力學(xué)研究中得到了成功的應(yīng)用，通過實驗和理論的深度融合，刷新了人們對水和其他氫鍵體系的認知。
王恩哥表示，經(jīng)過中國科學(xué)家20多年的持續(xù)投入、4個課題組的緊密合作，終于在實驗上制備出的單個離子水合物團簇，并通過高分辨成像搞清楚了其幾何吸附構(gòu)型。
在此基礎(chǔ)上，研究人員還發(fā)現(xiàn)了一種有趣的幻數(shù)效應(yīng):包含有特定數(shù)目水分子的鈉離子水合物，具有異常高的擴散能力--說白了就是比其他水合物“跑得快”。
我國對于水的原子極限的最新研究成果，對于人類的眾多領(lǐng)域的發(fā)展將有非常重要的意義，未來會應(yīng)用到離子電池，電化學(xué)反應(yīng)，海水淡化，環(huán)境污染等，甚至在未來的太空領(lǐng)域的應(yīng)用上也將有重要作用。
【水是生命之源，你知道水的原子極限是什么嗎?科學(xué)家告訴你真實的答案】對于水這種我們常見的物質(zhì)的研究，我國走在了世界前列，但水這種物質(zhì)并不是那么簡單的，宇宙中很多的星球都有水的存在，而不同的星球上，水這種物質(zhì)可能會有所不同，地球上的水我們可以直接飲用，外星球上的水可能對于人類來說可能會有毒。
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只有對水有著深入的了解，完全破解了水的微觀世界的終極秘密，我們才能在未來的星際移民中對外星球的水有著更深入的了解，才可以將外星球不適合人類飲用的水經(jīng)過處理變?yōu)檫m合人類使用的水。
人類的未來是星辰大海，人類的腳步必然踏遍銀河的每一個角落，而有水的星球也會被大量發(fā)現(xiàn)，那時我們會發(fā)現(xiàn)，外星球的水可能真的得地球不一樣，看似一樣的外表下，內(nèi)在是完全不同的，只有通過水內(nèi)部的微觀世界才能發(fā)現(xiàn)其奧秘。

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