前言
水在我們的日常生活中，通常只會(huì)以三種狀態(tài)出現(xiàn)：固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)。而今天我們就來(lái)講述科學(xué)家在深海發(fā)現(xiàn)的“第四種水”——超臨界水。
超臨界水是什么？
眾所周知，地球71％的部分都是海洋，水是地球上最常見(jiàn)的東西，但卻是與人類生命息息相關(guān)的東西。
水到達(dá)100度就會(huì)沸騰，低至0度就會(huì)凝固，所以說(shuō)水有固、液、氣三種形態(tài)?？茖W(xué)家聲稱世界上有第四種水存在，這種水超出了人們對(duì)水的認(rèn)知，它對(duì)我們的科學(xué)研究有著至關(guān)重要的作用。
2008年8月，德國(guó)科學(xué)家在大西洋一處險(xiǎn)要山脊中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)熱液噴口，熱液噴口形同煙囪，當(dāng)噴口內(nèi)部熾熱的溶液與外部冰冷的海水相遇形成一種奇特的混合物質(zhì)。它讓周圍的水溫達(dá)到464度，已經(jīng)超出水的臨界溫度374度。
化學(xué)家安德里將這種物質(zhì)稱為“水”，她說(shuō):“這就是水，但它不是普通的水，這是人類第一次在自然狀態(tài)下就能觀察到天然的超臨界水，以前人們只能在實(shí)驗(yàn)室通過(guò)技術(shù)來(lái)達(dá)到水的“超臨界狀態(tài)”。
從這段話中，可以得知超臨界水之前就產(chǎn)生過(guò)了，但它是人類通過(guò)技術(shù)手段創(chuàng)造出來(lái)的，而這次海底的發(fā)現(xiàn)讓人類知道，超臨界水可以在自然狀態(tài)下產(chǎn)生。
超臨界水研究?jī)r(jià)值極高，之前關(guān)于超臨界狀態(tài)的研究一直止步于電腦模型層面，因?yàn)槌R界水具備的高溫高壓以及強(qiáng)氧化性為實(shí)驗(yàn)研究制造了極大的困難。
傳統(tǒng)機(jī)械鉆頭在獲取熱液噴口樣本前就會(huì)被氧化或者融化掉，可以說(shuō)十分難取到。直至科學(xué)家在海底發(fā)現(xiàn)了天然狀態(tài)下的超臨界水，才將這個(gè)難題打破。
超臨界水的特點(diǎn)與作用
經(jīng)過(guò)研究，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)這種看似氣體的熱液體其實(shí)有著非常強(qiáng)悍的性質(zhì)，它主要體現(xiàn)在五個(gè)方面上。
- 強(qiáng)氧化性。
將需要處理的物質(zhì)放入超臨界水中，可溶解出大量氧氣，其氧化性甚至超過(guò)我們熟悉的高錳酸鉀。
- 強(qiáng)催化性。
在超臨界水環(huán)境中，許多化學(xué)物質(zhì)的反應(yīng)會(huì)劇烈進(jìn)行，部分物質(zhì)反應(yīng)速率可以達(dá)到百倍以上，速度十分驚人。
- 強(qiáng)溶解性。
像油這類難以溶解的物質(zhì)放入超臨界水中，可以迅速的溶解掉，就像是日常生活中使用的洗潔精一般。
- 易燃性。
許多物質(zhì)在超臨界水環(huán)境中會(huì)自燃，即使是在水下也是能冒出火焰，所以說(shuō)它的溫度非常高。
- 腐蝕性。
幾乎所有放入超臨界水環(huán)境中的金屬物質(zhì)都會(huì)被慢慢腐蝕掉，包括黃金這類難以腐蝕金屬，也逃脫不了被腐蝕的命運(yùn)。
利用這五大特性，科學(xué)家們將其應(yīng)用到生活當(dāng)中。在日本，有關(guān)這方面的研究已經(jīng)開展了許久，甚至被列入了高新科技研究計(jì)劃之中，而且實(shí)驗(yàn)成果也非常顯著。
比如說(shuō)，科學(xué)家利用超臨界水去處理有害的二氨基甲苯，發(fā)現(xiàn)只需要30分鐘就可以回收其中80%的原材料，并將其再次投入到氨基甲酸乙酯樹脂的制造中去。
不僅速度達(dá)到了酸催化劑的20倍，還能夠做到無(wú)害化，可以說(shuō)是“一石二鳥”又高效又環(huán)保。
對(duì)超臨界水的應(yīng)用，德國(guó)走在了世界前列。德國(guó)科學(xué)家曾經(jīng)做過(guò)這樣一次試驗(yàn)，將超臨界水的溫度提升到500度，然后通入氧氣，利用其強(qiáng)氧化性對(duì)聚氯乙烯塑料進(jìn)行反應(yīng)，最終成功分解掉99%的塑料，其中還有少量的氯化物產(chǎn)生。
這一方法直接解決了廢棄塑料在自然界中難以分解的難題，對(duì)環(huán)境保護(hù)有巨大意義。
除此之外，超臨界水在其它領(lǐng)域也發(fā)揮出超強(qiáng)作用。例如，科學(xué)家利用超臨界水的強(qiáng)溶解性來(lái)處理過(guò)量活性污泥以及各種廢水等。
另外，憑借著對(duì)金屬的強(qiáng)腐蝕性，超臨界水可以拿來(lái)處理使用過(guò)的火箭燃料。并且根據(jù)超臨界水的強(qiáng)氧化性，許多有機(jī)廢物也可以分解成二氧化碳、水以及氮?dú)庵悷o(wú)毒小分子化合物。
甚至當(dāng)有機(jī)物含量超過(guò)20%時(shí)，利用SCWO技術(shù)可以自熱來(lái)解決能量需求?？梢?jiàn)，超臨界水的作用極其廣泛，它的發(fā)展前景十分可觀。
超臨界水面臨的一些困難
雖然超臨界水的研究取得了許多不小的成果，但目前也仍舊存在著一些問(wèn)題。例如超臨界水的制備條件較為苛刻，研究人員必須在374攝氏度以及22兆帕的高溫高壓環(huán)境中才能制備。
其次，傳統(tǒng)的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)對(duì)于超臨界流體來(lái)說(shuō)已經(jīng)不再適用，想要利用好超臨界水，需要建立新的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型，這一點(diǎn)對(duì)科研工作來(lái)說(shuō)，是較為麻煩的事情。
但是不管怎么說(shuō)，人們依然不會(huì)放棄對(duì)有關(guān)超臨界水的研究，因?yàn)槌R界水對(duì)人類有著重大的意義，它不僅在性質(zhì)上和固、液、氣三種形態(tài)的水有著巨大差異，在介電常數(shù)以及擴(kuò)散系數(shù)等數(shù)據(jù)方面也有很大的不同，也因此它被稱作是“第四種水”。
超臨界水的探索價(jià)值
那么，除了固液劑以及第四種狀態(tài)的水之外，自然界中是否還存在著其它狀態(tài)的水呢？目前答案是未知的。
唯一知道的是：水的三態(tài)轉(zhuǎn)化對(duì)我們的地球有著強(qiáng)烈的影響，因?yàn)檎撬鼈兊拇嬖?，地球才擁有了冰霜、雨雪，擁有了湖泊、海域?/p>
固態(tài)冰霜的凍蝕會(huì)讓地球表面的巖石破碎，形成土壤，雨水會(huì)對(duì)地表進(jìn)行沖刷，極大的改變地表形態(tài)，而水汽的擴(kuò)散與輸送的方向則會(huì)影響到地區(qū)水循環(huán)系統(tǒng)。
而第四種水的出現(xiàn)，同樣會(huì)對(duì)地球產(chǎn)生影響，除了上述對(duì)人類有利的例子之外，我們還要知道超臨界水產(chǎn)自于高壓的海底，海底附近的礦物會(huì)被氧化生成鹽酸，在高壓且不斷積累的狀態(tài)下，它們的結(jié)合會(huì)形成新的礦物質(zhì)。
也因此對(duì)第四種水的研究是非常有必要的，這對(duì)于人類來(lái)說(shuō)是一項(xiàng)新的認(rèn)知，它對(duì)科學(xué)探究來(lái)說(shuō)是新的突破，只有我們不斷的探索，我們才能加以利用，掌握更好的資源。
