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水的氢键、温度与还原性:海洋与温泉的异同
发布时间:2019-11-19 作者:王艳平

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1.缘起是这样的:想到海水是难结冰的

海水是难结冰的,因为海水中有盐。这是讲授《景观地理学》想到的,再说现在天气也变冷了。盐溶解在水里后,发生了电离,生成相应的水合物离子,水合离子比水分子大多了,因而阻碍了水中的各个氢键的相互连接,这让含盐的水不宜结冰。想想也是,分子间若自由度很大,彼此间不相互控制,自然就不容易固定到一起,而容易控制的,那就很容易“结晶”。分子间的位置都被固定住了,座次已定,都有席位,各坐各的位置,那就是固体了。而气体是乱跑的,当然有的气体很活跃,有的相对的不太爱动,而液体的性质介乎于固体和气体之间。

故海水的冰点比淡水低,为-2.23℃。而在前往这一温度过程中,海水的密度也随之增大,遵循热胀冷缩原理。这一点与淡水不同,因为淡水的最大密度发生在4℃,当淡水降温过了这一温度后,体积不仅不减反而增加呢,故冰都浮在了河面上。这一道理意味着海水要结冰,即便降温达到了要求,但还不能马上结冰,还得先沉下来,密度大自然要下沉,要让下面没冷却的水上去冷却,等整个海水上下都达到结冰温度才行。那也太难了,因为海是很深的,而且海水还总在动弹,海的波涛哪有停止过的。即便是海水没来得及下沉就结冰了,温度急降的原因,但一旦有了一些结冰,就有盐分析释出来,这也让剩下的海水更咸而更难结冰了。

2.那么氢键是啥呢

再回到氢键上,即盐分阻碍了氢键,就可以让海水不容易结冰。那么所谓的氢键是什么呢,其就是指氢原子与氧原子处于结合状态的同时,还能与其他氧原子联系着。也即当氧化性的非金属原子半径比较小时,很容易与已经是化合状态的氢原子产生氢键。就如氢已经“结婚”,但还与别的氧“眉来眼去”。氧与氢的关系,彼此彼此,但氢是还原剂,是给出电子的,就如奉献,所以被定义为氢键。再说氢也比较小,活动起来很方便,而氧有坐等嫌疑。

在一般情况下,氢键是一种分子间力,其也可能发生在一个大分子之中。笔者以前就想过一个问题,即水分子为H2O,两种元素的3个原子怎么摆放都是个平面,三点确定一个平面,假如三点不在一条直线上,那么水分子是如何占领空间的呢。氢氧之间化学键的力场可是立体的,那么在电场中肯定就有“漏网”的能量,现在看来确实是这样。当多个水分子利用氢键凑成一个分子团,那就没有“漏网”的能量场了,如此看来水确实有大小分子团之别,这都跟氢键有关。

这也说明如下的看法是可能的。即化合物各原子的正价与负价各自的合计之绝对值必须相等,总的正价与总的负价在数量上是相等的,符号相反,但可在实际中只是在整数上这样要求而已,而在整数以下,其实并不是十分精确一一对应的,就有氢键的能量场在漏出,氧原子所需的口味虽然来自两个氢原子,但因为这两个氢原子的能量场有漏出,氧原子还通过氢键去获得系统外的来自另外氢的补偿,还有少部分来自自身分子之外的氢键呢。别说还真挺有意思的,真是有点吃着碗里还盯着锅里的那层意思,时不常还偷吃锅里的一块肉。身在这根树枝上,却盯着另一根树枝,有时顶着另外一棵树。

3.温泉与海水

水中有氢键,但当水中有盐,就可以弱化氢键,温泉不就是如此吗,难道不是吗,温泉中就有矿物质。海水也是,海水也弱化了氢键,因此在冬季还让海水不容易结冰呢。如此看来,温泉与海水还真有关系,都含有矿物质,都弱化了氢键,在冬季应该都不容易结冰,还都是健康资源呢,泡温泉与洗海水澡都有利于健康,国际国内还有合二为一的海洋温泉度假村呢。

如此说来,温泉是温泉,可也是热的海水,这样认为是有道理的,因为两者都弱化了氢键。假如能给海水加热,海水是不是就是温泉了,也可以认为确实如是,就如海洋底下中脊所冒出来的“黑烟囱”,那可谓就是一种特殊的海底温泉。但海水毕竟是海水,与温泉还不完全一样,不仅是因为海水体量大,海水的温度低,而且海水中的氧气含量也比较多。故而,若能把海水中的氧气抽出来,海水也就可以变成温泉了,只不过是冷温泉,就如黑龙江的五大连池的冷泉一样,从成分上说,冷温泉也是温泉。再而还可以这样认为,海底深处的海水或更像温泉,即像冷温泉,不仅因为那里的温度比较低,更重要的是那里的氧气很少,在垂直距离上离海平面太远了,空气很难到达深海的那里,而且那里漆黑一片,这一点情景还真像处在地下尚未涌出的温泉水。而在表面的海洋水就不太像温泉,因为海洋表面表层的氧气含量多,光照也充足。

但是事情并非总是绝对,保持绝对一定会有疏漏。海洋表面是有波涛与动荡的,时而汹涌,近岸处还可以惊涛骇浪,产生排浪,呈现拍岸浪,那么产生的负氧离子就较多,因而海洋表层的水也有好水意义,也可以呈现出健康意义的另一面。看来什么都不是绝对的,关键是能不能认识到主流逻辑,以及在此之外还有另辟蹊径的不绝对新逻辑,要能找到地方才行。

4.氢键的人文性

正是由于水的氢键性,“脚踏两条船”、“侍二主”,笔者此时不禁想到了鲁迅笔下的祥林嫂。当然那种性质是有主有次的,氢键对满足氢的需求来说是辅助性的,直接的氢氧键才是正餐。但氢键造就了水的溶解能力等一系列性质,从而让水不同于其他。如水能流动,可以挟带泥沙,可以搬运,可以侵蚀,可以堆积,可以蒸发,可以结冰等。水还可以溶解矿物质,在地下发展而成涌出前的温泉。

水的这种氢键性质,在被喻为或比德于人品上可能多被认为不好,如水性杨花是贬义词,而其实正是因为氢键的水性,但在水关于水的水品上,水性与氢键就都是好事,是大好事,不然水怎能成为生命之源呢。氢键提示了社会性,即在家庭的核心性之外,还存在着“氢键”以构成社会性。就如水不仅有氢氧化合物的性质,还有液体性、溶解性与张力等性质,一个水分子与一滴水、一碗水、一泓水的性质是有差别的。分子间力是很必要的,一棵树上不同树枝之间的作用也是必要的,这一点就如水清无鱼一样。

正对、正当确实是彼此忠诚的,可以迅速高效地解决问题,但那就在某种程度上失去了系统的发展性,弱化了延伸性与拓展性,缺少了由自身向外更大尺度的穿透性,没了偶得性,少了“无心插柳柳成荫”。氢键也如同打开房门,开开窗户,让屋里的空气与外界有了交流与交换,有好有不好,但如果运用得当,那就是多了一种好,比别的多了一个好。

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