【经济日报】大连化物所揭开水的微观结构演化奥秘

  来源:《经济日报》

  发布时间:2020-07-12

水是地表最多的分子。长期以来,“水的结构是什么?”是最具挑战性的科学问题之一。 (资料图片)

  “水的结构是什么?”这是国际顶级科学期刊《科学》在创刊125周年特刊中提出的125个最具挑战性的科学问题之一。自然界的水,不是以单一水分子(H2O)形式存在的,而是由若干水分子通过氢键作用聚合在一起,形成水分子簇,俗称“水团簇”。水分子通过自身不停振动和转动,以及内部氢键断裂与生成过程,促使水团簇形成各种动态的网络结构:少量水分子组成的水团簇呈现平面型,当水分子达到一定数量之后,水团簇就会呈现立体结构——这也被称作水滴。

  最小的水滴有多大?长期以来,科学家们认为最小的水滴是由6个水分子组成的水团簇——然而近日,中国科学院大连化学物理研究所江凌研究员与杨学明院士团队,以及清华大学李隽教授研究团队在由5个水分子组成的水团簇中,发现了三维立体结构的存在,证明最小水滴是由5个水分子组成的水团簇。

  “我们利用大连相干光源,揭示了有限温度条件下水分子5聚体已开始呈现体相水的结构特征,从全新角度诠释了水的奥秘。”江凌说。

  他们利用自主研制的红外光谱实验装置,首次发现5个水分子团簇(H2O)5,具有三维立体水团簇结构的特征;采用自编的TGMin程序结合高精度的量子化学理论方法,计算了水团簇的各种稳定结构和红外光谱,理论与实验高度吻合。研究结果表明,在有限温度条件下,(H2O)5的二维和三维结构可以共存,三维立体结构的形成是引起红外光谱显著变化的根本原因。他们还提出了三中心二电子氢键模型,精准分析了水团簇网络结构的形成机制。

  该实验揭示了由5个水分子组成的水团簇已开始呈现水的立体结构与光谱特征,突破了人们长期以来对最小水滴是6个水分子团簇的传统认知,为揭开水的微观结构演化奥秘提供了新思路。

  以下是该媒体报道地址:http://paper.ce.cn/jjrb/html/2020-07/12/content_423313.htm

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