日本科學家發現：液態水具有兩種不同的分子結構

日本東京大學的科學家發現，液態水不是只有一種分子結構，而是具有兩種不同的分子結構：一種四面體和一種非四面體。這一發現可能會影響我們對依賴液態水的生物系統的理解。

水在地球上很常見。與太陽系的其餘星球相比，我們的行星和水密切相關，地球上的所有生命都取決於它，但是水本身確實是奇特的東西。水的密度很奇怪：大多數液體在冷卻時會變得更稠密，從而形成比液體更濃的冰。但是，水的最大密度發生在大約為4攝氏度時。隨著溫度的進一步降低，其密度降低，因此在冰點（大約0攝氏度）下，密度低於液態水，並會漂浮在頂部。

此外，水的表面張力異常高，僅次於液態汞。它的熔點和沸點也異常高。

在2018年，日本和英國的科學家證明了這些特殊性質與液態水分子的四面體排列有關。這意味著每個水分子都以氫原子鍵合成粗糙的金字塔形狀。

但是，如何組成結構仍然是一個爭論的話題。一種模型提出水的分子結構是單峰的，它一直是四面體。另一個理論認為該結構是雙峰的，由兩個結構，四面體和其它結構組成。

為了解決該問題，東京大學的科學家進行了計算機模擬，還對液態二氧化矽進行了實驗，液態二氧化矽是另外幾種已知也具有四面體分子排列的液體之一。

這些實驗是基於X射線衍射的。這些短波長從液體中分子中的原子散射出來的方式可以用來推斷那些分子的排列。

具體來說，科學家們觀察了衍射峰。他們發現在看起來像第一個衍射峰的地方隱藏了兩個重疊的衍射峰。

這些衍射峰與正常液體中氧原子之間的距離一致。研究人員證明，四面體分子排列中的氧原子之間的距離更長。

研究人員在論文中寫道： 「我們在兩種局部結構的動力學共存的結構因子中觀察到了第一個清晰的證據，支持了液態水的兩種狀態描述。」

研究人員說，這一發現可能會對分子生物學，化學和藥理學以及工業應用產生影響。