最新X射线光谱仪研究表明现有液态水结构理论是错误的

【搜狐科学消息】 据光源专业网站报道，从美国斯坦福直线加速器中心(SLAC)、日本SPring-8同步加速器和广岛大学以及瑞典斯德哥尔摩大学收集的新实验证据表明，现有液态水结构理论是错误的。也就是目前有关液态水分子水平的行为特征的描述是错误的。斯坦福直线加速器中心的安德斯•纳尔逊在内的此研究小组利用先进的X射线光谱技术创建出了更加详细的水分子行为特征的图像。此成果以封面文章发表在6月30日出版的《化学物理学快报》杂志上。

此发现将很快颠覆生命最基本的物质――水的传统理论。

任何测量表明水是一种奇怪物质，其行为不同于其它任何液体。水具有传输热量的极大能力，这就是为何墨西哥湾流能确保欧洲温暖的原因。水的固态 ――冰的密度比水还小，这就是冰为何能漂浮起来的原因。如果海洋和湖泊从上至下冻结到底，那么地球生命可能从来都不曾形成。水还具有异常强大的表面张力，这是毛细管作用的根源，从而让植物根系和人体细胞得以充分发挥毛细管作用。这些奇怪特征造就了水成为生命存在的基本物质。

然而，尽管水普遍存在且非常重要，但我们对水的了解并不透彻，其分子结构的争论就已经长达几十年之久了。不过，冰的结构早就已经确定好了，是一种紧密的四面体结构，每一个水分子与其它4个水分子结合在一起。当冰融化成液态水时，最流行的说法是水分子放松了它们的紧密结合，但仍基本上保持固态时的四面体结构。

然而最新研究利用X射线发射光谱仪和X射线吸收光谱仪探测了液态水的结构，发现水确实是由四面体构成的，但还有证据清晰地表明水存在第二种优势结构，而这种结构目前还没有定义下来。以上的这些技术都是利用强大的X射线来产生特定射线的能量，可以极其精确地获知水分子的排列和位置。

其实，有关液态水有二种结构的主意并不新鲜，早在19世纪末，德国物理学家威尔赫姆•康纳德•仁特格发现了X射线，并发表论文称液态水有二种不同的结构，一种是像冰一样的紧密结构，另一种是一种更加松散的结构，这可以解释为何水具有如此不同寻常的行为。如今，一个多世纪过去了，新研究让仁特格的二种结构模式焕发新的生机。

纳尔逊说：“利用现代X射线技术证实了仁特格的二种结构模式的确令人激动，这说明100多年前的这一模式是对的。

水还没有得到充分的了解，我期待未来能发现更多的惊喜。”

解决水分子结构的争论将对医学、化学和生物学等广大领域产生巨大的价值。目前用于了解化学和生物过程的分子动力学模型都严重限制了预测水行为的能力。

最新研究为水分子结构的新理论提供了更多的证据。2004年，纳尔逊及其同事在《科学》杂志上发表了一篇论文，表示现有水分子模式是不对的，这引发了学术界的极大争论。纳尔逊赞同此争论还远没有结束，因为还需要更多的研究工作来彻底弄清楚液态水的结构图。