科学家实验证明水分子结构新理论

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【大纪元7月16日讯】(大纪元记者钟孟仑编译报导)水非常特别,不同于其他液体。他能承载大量的热能,因此湾流(Gulf Stream)能保持欧洲的温暖。水凝结的固体——冰,密度大约是纯水密度的90%,因此能浮于水上。如果地球上的海洋、河川从底部凝结成冰,那地球上就不可能有生物生存了。水也有很强的表面张力,是植物根部吸水与组成细胞的重要元素。而水也是维持生命不可或缺的物质。

根据位于加州的美国能源部斯坦福线性加速器中心(SLAC)、日本RIKEN SPring-8同步辐射研究中心和广岛大学、瑞典的斯德哥尔摩大学最新联合实验证明,传统上对液态水分子的描绘是错误的。SLAC科学家安德斯‧尼尔森(Anders Nilsson)及其研究团队,利用最先进的X光光谱技术来研究水分子的运动行为。

尼尔森和他同事采用X光发射光谱法(X-ray Emission Spectroscopy)和X光吸收光谱法(X-ray Absorption Spectroscopy)来观察水的结构,这项技术是由同步加速器光源产生的强X射线,激发水分子内的电子与氧原子。调整X射线的强度范围可精确侦测到水分子的排列与组成。尼尔森的团队发现水分子的确是由四面体组成的,但他们的实验证据还清楚地指明,水还存在另一种较不确定的结构。早在2004年,尼尔森和同事在《科学》期刊上已发表论文,指出只用四面体模型来代表水是错误的。

水由两种结构组成的观点并不新奇。十九世纪后期,德国物理学家仑琴发现了X光射线,并发表了一篇论文,提出水由两种结构组成,一种是四面体的冰型结构,另一种则是排列松散的结构,这似乎可以解释水的某些特殊性质,这些性质用四面体结构就很难解释。尼尔森近来的研究,又为证实液态水的双重结构提供了新的证据。“令人惊奇的是,现代X光技术证实100年前仑琴所走过的路是对的,”尼尔森说:“尽管水是我们存在的基础,但它还没有完全被人类所理解,我预期将来还会有更多的惊奇被发现。”

解决对水分子结构的争论,对于医学界、化学界和生物学界等科学领域都有巨大重要性。目前最流行的分子动力学模型,虽有助于了解化学和生物学过程,但在预测水分子行为的能力上却是极为有限的。

“过去十年来,我们已经发现曾经被认为是均匀的物质,其实在奈米尺度范围却显示出其复杂结构,”史丹福同步辐射实验室主任乔‧斯图尔(Jo Stöhr)表示,现代X光技术似乎引发了我们对液态水的新理解,而尼尔森关于水的实验就是表明物质实际结构复杂性的一个例证。(http://www.dajiyuan.com)

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