水の異常: 宇宙に広く存在する一般的な分子

水：不思議な振る舞いをする液体

水は、約 70 種類の異常が記録されている希少な物質の 1 つです。 これらの異常は、その熱力学的、機械的、構造的、さらには音響的特性にも関係します。 彼らは協力的な性質から来ています。水素結合そして、私たちが知っているように、なぜ水が生命の基盤であるのかを説明します。

注： :
ザ水素結合強い電気陰性原子 (酸素など) に結合した水素原子と別の電気陰性原子の間の方向性双極子相互作用です。 水中では、各分子が最大 4 つの水素結合を形成し、動的なネットワークを形成します。 このネットワークは、最大密度、高い比熱、非単調粘度など、ほとんどの水の異常の主な原因です。

異常の 4 つの主なファミリー

• 熱力学: 高い比熱、4℃で最大密度、気化エンタルピー、異常な臨界点、圧力下での凝固点、高沸点。
• ダイナミクス: 非単調粘度、過冷却状態での分子拡散の増加、過冷却 (過冷却)、最小圧縮率。
• 構造的: 不安定な四面体ネットワーク、密な微細構造と開いた微細構造の共存、凝固中の異常な膨張、複数の氷の多形、非常に高い表面張力。
• 光学および誘電体: 非常に高い誘電率、特殊な赤外線吸収、異常な音速、高い溶媒和能力。

興味深い異常の例: 水の非単調粘度と極端な動作

そこには水の粘度最も興味深い異常事態の 1 つです。ほとんどの液体とは異なり、その粘度は温度とともに直線的に減少しません。それは、最低でも30℃くらい、その後、温度が 0°C に近づくとわずかに増加します。この動作は、非単調粘度、によるものです。水素結合ネットワークの動的再構成これは低温で強くなり、分子の動きを遅くします。

星間空間の寒くてまばらな領域などの極端な条件では、水分子は非常に低い密度と温度であっても高度に秩序化された構造を形成する可能性があります。理論的研究とシミュレーションによると、これは星間水を提示できる非常に高い粘度、地球上の蜂蜜に匹敵するか、それ以上です。この現象は、強く相関した水素結合がほぼ永続的に存在することと、熱擾乱が存在しないことによって説明されます。

水の極度の粘度による分子のカプセル化

の条件下で非常に高い粘度、特定の宇宙環境や低温で観察されるものと同様に、水は実際の物質として機能する可能性があります。構造化溶媒。

のネットワーク相関性の高い水素結合水に次の能力を与えます隣の分子にくっつく、相対的な位置を安定させ、拡散を制限します。

この現象により、水は分子を捕らえてカプセル化する、保護的な微環境を形成し、次のことが可能になります。

• 敏感な有機分子を化学的または放射線による劣化から保護します。
• 反応物質を密閉空間内に集めることにより、化学反応を促進します。
• 非晶質の氷や水分が豊富な星間粒子の形成におけるマトリックスとして機能します。

注： :
L'分子カプセル化水による影響は、極度の粘度と構造化された水素ネットワーク。この特性は、プレバイオティクスの化学と宇宙における最初の分子ブロックの形成において基本的な役割を果たす可能性があります。

水の物理的および化学的異常に関する非網羅的な表