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国际杰出科研小组对水分子的研究和理解

添加时间:2022-05-14 20:33

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  1. 弗兰克(Frank)和温(Wen)在1957年建立的“闪变团簇”模型(Flickering Cluster)是描述水分子之间相互作用的一个经典模型。在这个模型中,水分子不断结成团簇。这种正反馈作用使得水团簇生长到临界体积,随后又自发地散开了。所有一切发生在10-11 ~ 10-10秒之内,因此被称之为“闪变团簇”。虽说这个模型有些过时,但是它仍然出现在很多教科书中。
  2. 来自于英国伦敦南岸大学(London South Bank University)的马丁.卓别林(Martin Chaplin)曾经提出过一个结构性稍强的模型。卓别林认为,液态水是由两种相互混合的纳米团簇所组成。一种纳米团簇像一个有点儿瘪了的皮球,而另外一种更像是结构整齐实心球。水分子不断在这两种状态之间摇摆。但是当给定初始条件以后,处于两种状态的平均水分子数是固定的。有对这个模型感兴趣的人可以在卓别林著名的网站上找到关于这个模型的更多细节,以及其他很多和水有关的信息。
  3. 斯坦福大学(Standford University)的安德斯.尼尔森(Anders Nilsson)和斯德哥尔摩大学(Stockholm University)的拉尔斯.佩特森(Lars Petterson)的工作则展示了完全不同的图景。他们的模型也推断两种不同的水会同时存在,一种是水分子以冰一样的结构组成团簇或者链条,这种“水团”可以包含100个水分子之多;另外一种是在这种“水团”之间无序的水。这两位科学家设想了一个无序的海洋,由无数的环状和链状氢氧原子所构成。
  4. 米兰大学(Milian University)的埃米利奥.德尔.朱迪切(Emilio del Giudice)所提出的模型中则包含更大尺度的团簇。基于量子场论,朱迪切设想了一种亚微米尺度的相干区域(Coherence Domains),每个区域都包含有几百万个水分子。朱迪切认为这些区域中的水分子之间的键如同天线一样,可以接受外界的电磁能量。有了这些能量,水分子可以释放电子,使得它们可以进行化学反应。
  5. 来自于波士顿大学(Boston University)的基音.斯坦利(Gene Stanley)所提出的一个流行的模型是建立在上述所有模型的共同点之上的。斯坦利认为水有两个截然不同的态 - 低密度态和高密度态。这两种态之间的区别在超冷水之中展现得最为明显。低密度水有着开放的四面体结构,而高密度水的结构则更为紧凑。水会在这两种态之间进行不断的动态转换。
  6. 另一个双态模型强调,水分子可以以镜像的方式存在。这就是说,一部分水分子是左手性的,另外一部分是右手性的。这种模型的主要支持者包括来自于俄罗斯的谢尔盖.博兴(Sergey Pershin)、梅尔.辛斯基(Meir Shinitzky)和来自于以色列的耀西.斯科尼克(Yosi Scolnik)。他们主张这两种水的相对比例的不同可以解释水的诸多特性。
  7. 料科学的先锋拉斯特姆.罗伊(Rustum Roy)提出了结构最为复杂的模型。他的模型主要强调了水结构的异质性,以及不同结构水团簇之间易于相互转换。水团簇之间的转换几乎不需要能量。

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