东京大学的研究人员已使用计算方法和最近的实验数据进行分析，以证明水分子在液态时具有两个不同的结构。该小组研究了X射线在水样品中的散射情况，发现在水分子的四面体和非四面体结构导致的第一个衍射峰下隐藏了双峰分布。这项工作可能会对整个科学产生重要影响，尤其是对于受周围水分子强烈影响的生命系统，如蛋白质和细胞结构。
水分子四面体结构
鉴于水在我们星球上的普遍存在及其在所有已知生命中所起的核心作用，可能很难相信还有什么可以学到的新知识。一个仅由两个氢原子和一个氧组成的简单分子，水仍然掩盖了尚未解开的基本谜团。例如，水具有非常高的熔点和沸点，甚至在冻结时会膨胀（不像大多数液体那样会收缩）。这些和其他不寻常的特性使其与几乎所有其他液体都大为不同，但也使我们的生命得以存在。
通过考虑H2O分子之间非常独特的相互作用-氢键，可以最好地理解水的怪异特性。水往往会与其四个邻居形成四个氢键，从而导致邻居的四面体排列。这样的布置在热波动下会大大变形。但是，这种扭曲是否导致不同的四面体和非四面体排列并存仍存在争议。
现在，东京大学的科学家已经将计算机模拟与散射实验数据的分析相结合，以找到水的“结构因子”，该数学函数代表了分散的X射线从氢和氧原子上散射出来时的路径。分析显示两个重叠峰隐藏在结构因子的第一个衍射峰中。如在普通液体中，这些峰之一对应于氧原子之间的距离，而如在四面体排列中，另一个峰则指示更长的距离。研究的第一作者Shi Rui解释说：“新的计算方法与对最近的X射线散射数据的分析相结合，使我们能够看到以前工作中看不见的东西。”
X射线衍射分析显示两种结构的水分子排列隐藏在一个衍射峰下
这一发现可能会在许多科学领域产生巨大的影响。了解水的确切结构顺序对于全面了解分子生物学，化学乃至许多工业应用至关重要。主要作者田中肇（Hajime Tanaka）说：“能够弄清这种基本物质的液体结构，这是非常令人满足的。”
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