國際杰出科研小組對水分子的研究和理解

添加時間：2022-05-14 20:33

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弗蘭克（Frank）和溫（Wen）在1957年建立的“閃變團(tuán)簇”模型（Flickering Cluster）是描述水分子之間相互作用的一個經(jīng)典模型。在這個模型中，水分子不斷結(jié)成團(tuán)簇。這種正反饋?zhàn)饔檬沟盟畧F(tuán)簇生長到臨界體積，隨后又自發(fā)地散開了。所有一切發(fā)生在10-11 ~?10-10秒之內(nèi)，因此被稱之為“閃變團(tuán)簇”。雖說這個模型有些過時，但是它仍然出現(xiàn)在很多教科書中。
來自于英國倫敦南岸大學(xué)（London South Bank University）的馬丁.卓別林（Martin Chaplin）曾經(jīng)提出過一個結(jié)構(gòu)性稍強(qiáng)的模型。卓別林認(rèn)為，液態(tài)水是由兩種相互混合的納米團(tuán)簇所組成。一種納米團(tuán)簇像一個有點(diǎn)兒癟了的皮球，而另外一種更像是結(jié)構(gòu)整齊實(shí)心球。水分子不斷在這兩種狀態(tài)之間搖擺。但是當(dāng)給定初始條件以后，處于兩種狀態(tài)的平均水分子數(shù)是固定的。有對這個模型感興趣的人可以在卓別林著名的網(wǎng)站上找到關(guān)于這個模型的更多細(xì)節(jié)，以及其他很多和水有關(guān)的信息。
斯坦福大學(xué)（Standford University）的安德斯.尼爾森（Anders Nilsson）和斯德哥爾摩大學(xué)（Stockholm University）的拉爾斯.佩特森（Lars Petterson）的工作則展示了完全不同的圖景。他們的模型也推斷兩種不同的水會同時存在，一種是水分子以冰一樣的結(jié)構(gòu)組成團(tuán)簇或者鏈條，這種“水團(tuán)”可以包含100個水分子之多；另外一種是在這種“水團(tuán)”之間無序的水。這兩位科學(xué)家設(shè)想了一個無序的海洋，由無數(shù)的環(huán)狀和鏈狀氫氧原子所構(gòu)成。
米蘭大學(xué)（Milian University）的埃米利奧.德爾.朱迪切（Emilio del Giudice）所提出的模型中則包含更大尺度的團(tuán)簇?；诹孔訄稣摚斓锨性O(shè)想了一種亞微米尺度的相干區(qū)域（Coherence Domains），每個區(qū)域都包含有幾百萬個水分子。朱迪切認(rèn)為這些區(qū)域中的水分子之間的鍵如同天線一樣，可以接受外界的電磁能量。有了這些能量，水分子可以釋放電子，使得它們可以進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。
來自于波士頓大學(xué)（Boston University）的基音.斯坦利（Gene Stanley）所提出的一個流行的模型是建立在上述所有模型的共同點(diǎn)之上的。斯坦利認(rèn)為水有兩個截然不同的態(tài) - 低密度態(tài)和高密度態(tài)。這兩種態(tài)之間的區(qū)別在超冷水之中展現(xiàn)得最為明顯。低密度水有著開放的四面體結(jié)構(gòu)，而高密度水的結(jié)構(gòu)則更為緊湊。水會在這兩種態(tài)之間進(jìn)行不斷的動態(tài)轉(zhuǎn)換。
另一個雙態(tài)模型強(qiáng)調(diào)，水分子可以以鏡像的方式存在。這就是說，一部分水分子是左手性的，另外一部分是右手性的。這種模型的主要支持者包括來自于俄羅斯的謝爾蓋.博興（Sergey Pershin）、梅爾.辛斯基（Meir Shinitzky）和來自于以色列的耀西.斯科尼克（Yosi Scolnik）。他們主張這兩種水的相對比例的不同可以解釋水的諸多特性。
材料科學(xué)的先鋒拉斯特姆.羅伊（Rustum Roy）提出了結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜的模型。他的模型主要強(qiáng)調(diào)了水結(jié)構(gòu)的異質(zhì)性，以及不同結(jié)構(gòu)水團(tuán)簇之間易于相互轉(zhuǎn)換。水團(tuán)簇之間的轉(zhuǎn)換幾乎不需要能量。

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