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新发现:液态水中存在两种结构

发表者:田中肇(东京大学生产技术研究所教授)

论文要点
         

✦由于缺乏有关液态水结构的深入理解,关于水的各种异常性原因的争议持续了超过一个世纪。这次,通过水结构的模拟实验和对水进行实际的X射线散射实验数据的分析,发现了直接且确凿的证据,可以证明液态水中存在两种结构。

✦这一发现的创新性在于不仅为“水中同时存在无序结构和有序结构”的两种状态模型提供了直接证据,同时终结了围绕水的结构以及水的特异性的构造性原因的长年争议。

✦这一发现有利于理解纯水的结构,而且有利于理解电解质溶液、生物体内的水等各系统内的水结构。另外,除了能够促进对水的物理和化学特性的理解之外,该发现对与水有关的领域,包括化学,生物学,地质学,气象学,甚至应用领域等,都有望产生巨大的连锁反应。

论文概要
       

水是地球上最重要的液体,在各种化学、生物、地质、气象过程中发挥着重要作用。水具有其他液体所没有的各种特异性,例如在4℃时密度最大等。普遍认为其原因在于液体结构的特殊性。然而,尽管进行了几个世纪的研究,由于液体具有较大的热波动(注1),用于理解液态水的基本结构仍然未知,并且仍是饱受争议的根源。

具体来说,自伦琴射线(1892年)发现后的一个多世纪以来,争议一直围绕着两种观点,一种观点是“连续体模型”,认为水的结构呈广泛连续分布(由约翰·波普(诺贝尔化学奖得主)等人提出),另一种观点是“混合模

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