最近几天气温骤降，
许多地方都有厚厚的冰。
你有没有想过，
为什么冰面这么滑？
你可能会觉得：这个问题太简单了！
但其实，
这包含了一个非常复杂的化学原理——
为了解决这个问题，科学家们不得不从零开始，从最基本的物理和化学性质开始重新认识研究对象——冰。冰是什么物质？
大多数人都知道答案，冰是固体水。正是这种凝固过程使冰成为一种特殊的物质。对于宇宙中的大多数物质来说，固体的密度高于液体。当物质冷却凝结时，其内部分子的排列会变得更加紧密。但冰恰恰相反。当水温降至0℃时，氢键通过四面体链接将大量H2O分子连接成巨大的分子晶体，详见下图，→_→右边是冰分子，排列有序，空间舒展！
因此，冰的密度通常比水小，所以冷饮中的冰漂浮在水面上。
科学家们分析了冰的特性，想出了冰的特性“压力融解说”“摩擦融解说”“表面融化说”，为什么冰面这么滑？
还有一种猜测是冰面有水！
2017年，Huib J. Bakker课题组利用Surfacer sum-frequency generation (SFG) spectroscopy技术观察到冰表面有一层“准液体”。
冰表面液体水层示意图。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.
原来，当水结冰时，每个水分子都会通过氢键抓住周围的水分子，形成晶体结构，就像图中的红色结构一样。然而，表面的水分子周围缺乏其他水分子，因此没有办法形成像冰一样规则的结构，只能在表面游荡。形成一层过冷液体“水膜”。这种“水膜”从零度到零下20度以上一直存在。
早在1987年，科学家就用x射线成像证实冰上确实有一层“准液体”水。它非常非常薄，在-1 在1~94℃时，厚度介于1~ nm之间。
随后的分子动力学模拟表明，冰中的大多数水分子与四个水分子形成氢键，冰表面的“准液体”层中的每个分子与两到三个水分子结合氢键。当温度高于-70 ℃时，只有两个氢键的分子比开始增加，与下冰连接的氢键断裂，导致冰表面产生大量流动的“水分子”，实际上也可以称为“移动冰”。就像地上铺了一层滚动的圆木，冰变得非常光滑。
现在我终于明白了，为什么冰滑了？什么时候最滑？这些都是需要分子动力学解释的化学问题。
这项工作发表在Angewew上 上，并作为封面文章报道。
当期杂志封面。图片来源:Angew. Chem. Int. Ed.
https://www.vox.com/science-and-health/2018/2/13/16973886/olympics-2018-ice-skating-science-speed
(来源:科学世界 综合科技日报 版权属于原作者 谨致谢意）
