新型冰冻盐水或改写基础化学

本文转自：参考消息网

据澳大利亚科学预警网站2月21日报道，科学家发现的两种新的盐水可能改写基础化学。

两种新发现的冰冻盐水可能会帮助科学家解开与太阳系冰壳卫星有关的谜团。

在承受比地球自然界更高的压力和更低的温度时，水合氯化钠（通常称为盐水冰）中的分子会排列成以前从未被发现的结构。

这可以解释木星卫星木卫二表面一种物质的奇怪化学特征，它似乎比科学家预期的含水更多。

美国华盛顿大学地球和空间科学家巴普蒂斯特·茹尔诺说：“如今在科学领域，很少有根本性的发现。”

他说：“盐和水在地球条件下是很常见的。但对地球以外的情形，我们就一无所知了。现在我们发现，这些行星物体可能含有我们非常熟悉的化合物，但又处在非常奇特的条件下。我们必须重建人们在19世纪建立的所有基础矿物学，但要在高压和低温条件下进行。这是一个激动人心的时刻。”

盐和水——也称为氯化钠和一氧化二氢——在地球上储量丰富。当二者结合时，盐分子溶解在水中，形成溶液。盐的存在会导致溶液的冰点低于不含盐的水，但随着温度持续下降至低于典型地球大气条件的水平，它最终也会结冰。

在这种情况下，分子将自身排列成名为水合物的硬性晶格结构。在地球上（实验室外环境下），这种结构只有一种构型：每两个水分子对应一个盐分子。

在围绕木星运行的木卫二和木卫三以及土星卫星土卫二等卫星上，科学家们也发现了盐和水存在的证据，只是它们的存在条件与地球上的情况大不相同。

由于暴露在远离太阳、接近真空的太空中，这些遥远天体的表面会变得极为寒冷。在它们的冰层下面是海洋。在某些情况下，这些海洋的深度可能是地球上最深水域的100多倍，这就产生了相当极端的压力和温度。

茹尔诺及其同事着手研究盐对冰的形成产生的影响。他们在温度极低的条件下在金刚石压腔中压缩一小滴盐水，产生高达地球大气压2.5万倍的压力，同时将温度降至零下123摄氏度。

“我们试图测量添加盐会如何改变我们可获得的冰量，因为盐起着防冻剂的作用，”茹尔诺解释道，“相当令人惊讶的是，当我们施加压力时，看到的是这些超出我们认知的晶体开始生长。这是一个非常偶然的发现。”

在实验室条件下，研究人员看到盐和水分子的两种新排列方式出现了。一种是每17个水分子对应两个盐分子；另一种是每13个水分子对应一个盐分子。这两种结构与地球上每两个水分子对应一个盐分子的结构截然不同，却与在冰卫星上观察到的水化学特征一致。

研究人员说，主要因素是压力，它将分子挤压在一起并迫使它们寻找新的共存方式。但即使释放了压力，其中一种新发现的水合物——具有17个水分子的那种——在温度升至零下50摄氏度时仍保持稳定。这表明，它也可以在地球上存在，可能在南极洲的冰层下。