最小的水滴有多大?竟由5個水分子組成

2020-06-17 11:08圖文來源: 科技日報

長期以來,人們認為最小的水滴是由6個水分子組成的水團簇。但中國科學院大連化學物理研究所江凌研究員和楊學明院士團隊,以及清華大學李雋教授研究團隊的最新成果突破了這個認知,證明最小的水滴由5個水分子組成的水團簇構成。相關成果日前發表于美國《國家科學院院刊》。

自然界的水不是以單一水分子(H2O)的形式存在的,而是由若干水分子通過氫鍵作用而聚合在一起形成水分子簇,俗稱水團簇。該團隊在研究中發現,由5個水分子組成的水團簇中存在著三維立體結構,這證明了最小的水滴是由5個水分子組成的水團簇構成。

江凌介紹,他們利用大連相干光源,揭示出有限溫度條件下水分子五聚體已開始呈現體相水的結構特征和光譜特征,從而為揭開水的微觀結構演化提供了新的思路,從全新角度詮釋了水的奧秘,突破了長期以來人們對最小水滴是6個水分子團簇組成的傳統認知。

研究中,江凌和楊學明團隊利用自主研制的基于大連相干光源中性團簇紅外光譜實驗裝置,首次發現5個水分子團簇(H2O)5在3500—3600cm-1區間出現顯著的OH伸縮振動,具有三維立體水團簇結構的特征峰。李雋團隊采用自編的TGMin程序結合高精度的量子化學理論方法,計算了水團簇的各種穩定結構和紅外光譜,理論與實驗高度吻合。研究表明,在有限溫度條件下,(H2O)5的二維和三維結構可以共存,三維立體結構的形成是引起紅外光譜顯著變化的根本原因,從而提出了“三中心二電子氫鍵”模型,精準分析出水團簇網絡結構的形成機制。

據介紹,該研究得到國家自然科學基金委、中國科學院戰略性先導專項﹑中國科學院國際大科學計劃培育專項等專項基金的資助。(記者郝曉明)

作者:郝曉明 責任編輯:劉全民
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