水分子间氢键作用决定水面特性

水分子间氢键作用决定水面特性

美国每日科学网站10月5日报道，日本理化学研究所、日本东北大学及荷兰的一些研究人员为科学界围绕水面水分子结构长期存在的争论找到了答案。

研究人员通过结合相关理论与实验，首次确定了空气与水分界面的水之所以呈现出独有的特性，是因为水分子的结合。

水作为地球表面最富有的化合物，是生命存在的必要条件，它也改变了人类文明的进程。空气与水的界面也许是最为常见的液态界面，它让人可以从大气和环境化学、细胞生物学及再生医学等各个方面洞悉水表面的特性。然而，尽管这样的界面无处不在，它的结构却仍是个谜。

在这个谜团的核心是水表面振动光谱的两个宽波段，它们类似冰块和液态水中的宽波段。这些宽波段究竟是一个水分子内部结合的氢键的产物，还是相邻水分子之间结合的产物，还是相邻水分子之间结合的产物，这一直是科学界激烈争论的话题。一种普遍但存在争议的假设是，其中一个光谱段在水面形成了“冰砖”四面体结构，不过这种说法本身也存在着问题。

研究人员试图通过理论与实验相结合的全面研究方法来化解这一争论。他们在实验中使用了日本理化学研究所开发的功能强大的光谱学技术，有选择性地挑选水面分子，并迅速测量其光谱。为了消除分子结合产生的影响，他们使用了用D2O（重水）和HOD（只是一个氢原子的水，有一个氢被替代）稀释的水。这样一来，就消除了在一个分子内的OH键结合现象（因为只有一个OH键），同时减少了溶液中OH键的浓度，进而阻止了分子间的结合。

在消除了其他因素的影响后，研究人员最终确定，水面之所以有着独特的特性，不是源自“冰状”结构，而是因为水面的水分子之间强大的氢键作用。