前言

水在我們的日常生活中，通常只會以三種狀態(tài)出現(xiàn)：固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)。而今天我們就來講述科學家在深海發(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，水是地球上最常見的東西，但卻是與人類生命息息相關的東西。

水到達100度就會沸騰，低至0度就會凝固，所以說水有固、液、氣三種形態(tài)。科學家聲稱世界上有第四種水存在，這種水超出了人們對水的認知，它對我們的科學研究有著至關重要的作用。

2008年8月，德國科學家在大西洋一處險要山脊中發(fā)現(xiàn)了一個熱液噴口，熱液噴口形同煙囪，當噴口內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。它讓周圍的水溫達到464度，已經超出水的臨界溫度374度。

化學家安德里將這種物質稱為“水”，她說:“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，以前人們只能在實驗室通過技術來達到水的“超臨界狀態(tài)”。

從這段話中，可以得知超臨界水之前就產生過了，但它是人類通過技術手段創(chuàng)造出來的，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)下產生。

超臨界水研究價值極高，之前關于超臨界狀態(tài)的研究一直止步于電腦模型層面，因為超臨界水具備的高溫高壓以及強氧化性為實驗研究制造了極大的困難。

傳統(tǒng)機械鉆頭在獲取熱液噴口樣本前就會被氧化或者融化掉，可以說十分難取到。直至科學家在海底發(fā)現(xiàn)了天然狀態(tài)下的超臨界水，才將這個難題打破。

超臨界水的特點與作用

經過研究，科學家們發(fā)現(xiàn)這種看似氣體的熱液體其實有著非常強悍的性質，它主要體現(xiàn)在五個方面上。

• 強氧化性。

將需要處理的物質放入超臨界水中，可溶解出大量氧氣，其氧化性甚至超過我們熟悉的高錳酸鉀。

• 強催化性。

在超臨界水環(huán)境中，許多化學物質的反應會劇烈進行，部分物質反應速率可以達到百倍以上，速度十分驚人。

• 強溶解性。

像油這類難以溶解的物質放入超臨界水中，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。

許多物質在超臨界水環(huán)境中會自燃，即使是在水下也是能冒出火焰，所以說它的溫度非常高。

• 腐蝕性。

幾乎所有放入超臨界水環(huán)境中的金屬物質都會被慢慢腐蝕掉，包括黃金這類難以腐蝕金屬，也逃脫不了被腐蝕的命運。

利用這五大特性，科學家們將其應用到生活當中。在日本，有關這方面的研究已經開展了許久，甚至被列入了高新科技研究計劃之中，而且實驗成果也非常顯著。

比如說，科學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。

不僅速度達到了酸催化劑的20倍，還能夠做到無害化，可以說是“一石二鳥”又高效又環(huán)保。

對超臨界水的應用，德國走在了世界前列。德國科學家曾經做過這樣一次試驗，將超臨界水的溫度提升到500度，然后通入氧氣，利用其強氧化性對聚氯乙烯塑料進行反應，最終成功分解掉99%的塑料，其中還有少量的氯化物產生。

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，對環(huán)境保護有巨大意義。

除此之外，超臨界水在其它領域也發(fā)揮出超強作用。例如，科學家利用超臨界水的強溶解性來處理過量活性污泥以及各種廢水等。

另外，憑借著對金屬的強腐蝕性，超臨界水可以拿來處理使用過的火箭燃料。并且根據(jù)超臨界水的強氧化性，許多有機廢物也可以分解成二氧化碳、水以及氮氣之類無毒小分子化合物。

甚至當有機物含量超過20%時，利用SCWO技術可以自熱來解決能量需求?？梢?，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)的反應動力學對于超臨界流體來說已經不再適用，想要利用好超臨界水，需要建立新的反應動力學模型，這一點對科研工作來說，是較為麻煩的事情。

但是不管怎么說，人們依然不會放棄對有關超臨界水的研究，因為超臨界水對人類有著重大的意義，它不僅在性質上和固、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)轉化對我們的地球有著強烈的影響，因為正是它們的存在，地球才擁有了冰霜、雨雪，擁有了湖泊、海域。

固態(tài)冰霜的凍蝕會讓地球表面的巖石破碎，形成土壤，雨水會對地表進行沖刷，極大的改變地表形態(tài)，而水汽的擴散與輸送的方向則會影響到地區(qū)水循環(huán)系統(tǒng)。

而第四種水的出現(xiàn)，同樣會對地球產生影響，除了上述對人類有利的例子之外，我們還要知道超臨界水產自于高壓的海底，海底附近的礦物會被氧化生成鹽酸，在高壓且不斷積累的狀態(tài)下，它們的結合會形成新的礦物質。

也因此對第四種水的研究是非常有必要的，這對于人類來說是一項新的認知，它對科學探究來說是新的突破，只有我們不斷的探索，我們才能加以利用，掌握更好的資源。