冰表面水分子呈無序結構排列

今日科技話題：高性能伺服器、「天問一號」探測器、冰川、冰表面水分子、著陸器「菲萊」、珊瑚礁

——環球網4冰表面水分子呈無序結構排列日本東京大學研究生院的一個研究小組在原子水平成功觀察到了冰晶的表面構造（AFM），在原子水平捕捉到了冰表面的凹凸。由此發現，冰的表面並不像預測的那樣——晶體內部構造呈規則有序的結構，而是呈水分子位置發生移動的無序結構。實驗發現在多種條件下製作的冰的表面全部呈無序結構，因此確認這種無序結構才是冰表面的真正構造。在原子水平上明確冰的表面構造，將有助於理解在冰表面上發生的各種物理和化學現象，通過利用AFM，有望以單個分子水平直接觀察冰表面上的化學反應。

結晶冰中,如何讓無序的水分子「聽令」?

《美國國家科學院院刊》近期發文稱，義大利國際高等研究院（SISSA）、阿卜杜斯薩拉姆國際理論物理中心（ICTP）和物理研究所（IFIR-UNR）在義大利國家研究委員會（CNR-IOM）的支持下，對導致造成冰的奇異無序現象的原因進行了研究。他們發現，在特定條件下，冰能夠恢復部分有序性。研究人員描述了有序狀態下低溫冰的鐵電性。

新型氫水化合物被看作是有序冰的無序結構

記者29日從中科院合肥物質科學研究院獲悉，該院固體物理所計算物理與量子材料研究部極端環境量子物質中心團隊利用金剛石對頂砧高壓實驗技術，結合原位拉曼光譜實驗技術、原位X射線衍射實驗技術以及第一性原理，計算研究了一種新型氫水合物的形成過程以及結構性質。研究成果發表在國際著名期刊《物理學評論快報》上。固態水分子由於氫鍵的存在傾向於形成三維框架結構。

六方冰晶在石墨表面原子級臺階上的定向排列生長

由於顆粒的表面結構和性質能夠顯著影響冰晶的成核效率（比如，包含石墨狀結構的煙塵對於冰的異質成核效率有明顯提升），因此探索材料表面結構對於冰晶成核生長過程的影響機理具有十分重要的意義。而目前因為缺乏直接的證據和有效的實驗觀察，材料表面的原子尺度結構缺陷對於氣溶膠上冰晶生長的影響機理依然尚不明確。

科學家發現醇的疏水表面對水分子結構的影響

近日，中國科學院大連化學物理研究所研究員袁開軍和北京大學教授鄭俊榮團隊通過高濃度醇水溶液的動力學研究，發現醇的疏水表面能導致周圍的水分子氫鍵結構增強，該研究揭示了醇水溶液中水的微觀結構動力學的變化規律。

單層螺旋冰的發現

每個水分子由一個氧原子通過共價鍵連接兩個氫原子構成，其中氧通過共享氫的電子呈電負性，而氫原子帶正電。因此，水分子具有很強的極性，可與周圍水分子通過庫倫相互作用形成氫鍵。每個氫鍵的鍵能大約是水分子單個共價鍵鍵能的1/30。

水分子的化學結構

人類能認知到水分子的結構，依賴於科學的實驗方法論。結構決定空能，理解水分子的結構是關鍵水，化學式為H2O，是由氫、氧兩種元素組成的無機物，無毒，可飲用。但是水分子為非線性，呈角分布，因而差異很大。因為呈角分布，因而分子不對稱。在負電荷周圍，正電荷不均勻分布。作用不能相互抵消，兩者都有自己的電荷中心。分子有正負極。這是有極分子，化學家稱為偶極子。事實上，水分子是一種特殊的有極分子，其有極屬性比幾乎其他所有分子都明顯。

從水到冰的過程沒那麼簡單

一個水分子本身既可以是氫鍵的供體，也可以是氫鍵的受體。（想複習的小夥伴可以戳：一滴水裡最少有幾個水分子？5個還是6個？）液態水中水分子之間雜亂無序，沒有明確的結構排列，不同數量的水分子會在氫鍵作用下聚集形成不同大小的水團簇，五個水分子可以構成最小三維立體結構。

冰面的獨特結構變化促進水分子自電離

水冰是自然界中最豐富的固體物質之一，冰表面的水合質子會嚴重影響冰的物理和化學性質。當存在酸性雜質時，水合質子很容易摻入氫鍵（HB）網絡中。相反，在純水分子系統中，它們僅由水分子的熱電離（H 2 O = H + hyd + OH - hyd）生成。

科普：你聽說過10000°C的冰嗎？

一冰冰是無色透明的固體，分子之間主要靠氫鍵連接形成晶體結構，一般為六方體，但因應處於不同環境的壓力下可以有其他晶格結構。冰融化時拆散了大量的氫鍵，使整體化為四面體集團和較小的水分子集團，故液態水已經不像冰那樣完全是有序排列了，而是有一定程度的無序排列，即水分子間的距離不像冰中那樣固定，這樣分子間的空隙減少，密度相對冰就增大了。而在溫度升高時，水分子的四面體集團不斷被破壞，分子無序排列增多，使密度增大。但同時，分子間的熱運動也增加了分子間的距離，使密度又減小。

科學家也吃瓜,並放出了水分子N角關係的實錘

本文由《萬物》雜誌官方微信「把科學帶回家」提供撰文犀牛前段時間網上的瓜呈聚集性爆發，想必大家放開吃了不少。

水分子氫健對生物的重要性

三位立體水分子圖氫鍵，作為N（氮），O（氧），F（氟）三元素的特色之一，其中特別是O，對於生命具有重要意義。氫鍵的作用原理主要來源於兩個方面：第一、由於O原子核相對H原子核的吸引電子能力強的多，導致電子云偏向O原子一方，分子內H原子一方呈電正性，O原子一方呈電負性；第二、除了色散力，這種分子內的電子云偏移，又會通過取向力加強其它附近水分子的電子云偏移，導致分子間作用力進一步加強。而這種分子間作用力的加強，使得水分子的存在形態，不僅僅是簡單的H2O了，進而對它的一系列性質造成形象。

百年理論預言被證實,「臨界冰核」被我國科學家成功捕獲

以水為例子，根據熱力學，水分子在溶液中會不停地進行熱運動；當溫度低於冰點，水分子會趨向進行有序的排列。冰核的形成就是水分子的無序熱運動和水分子有序排列的競爭結果。但很多時候溫度低於零度，水卻不一定結冰？這樣的現象讓很多人困惑，出現這樣的原因其實和「核」有關！

中國科學家在世界上首次拍到水分子內部結構

北京大學科學家在世界上首次拍到水分子的內部結構，並揭示了單個水分子和四分子水團簇的空間姿態。這一成果發表在最近一期的《自然-材料》雜誌上。上圖顯示了水分子在氯化鈉表面上的排列方式和單個水分子、四分子水團簇的內部結構。水分子是地球表面上最多的分子，其內部結構非常基本，但是又具有很多奇妙的化學性質。水作為良好的溶劑為生命存在提供了基本條件，其獨特的氫鍵結構也一直讓科學家難以解釋。

日本發現了300多種全新冰結構並搭建迄今最輕的

圖為三種沸石結構的冰，其每個頂點和邊分別被一個水分子和氫鍵取代，可看作是超網絡組合多面體。圖片來自網絡科技日報北京9月11日電（記者聶翠蓉）據《新科學家》雜誌網站近日報導，日本科學家通過計算機模擬，發現了300多種全新冰結構，多孔超輕類似氣凝膠，其空間網狀結構中充滿氣體分子，而外表呈固體狀，並發現迄今密度最小（即最輕）的固體水結構，研究這些新結構有助於揭開水分子在低溫低壓等極端環境下的性質。

大連化物所發現冰立方的新結構

近日，中科院大連化物所江凌研究員和楊學明院士團隊與清華大學李雋教授研究組合作，利用自主研製的基於大連相干光源的中性團簇紅外光譜實驗方法，發現了多個最小冰立方的新結構，這些最小冰立方是由八個水分子組成的水團簇。

兩千多度時,冰變成了黑色!這是什麼冰?為啥變成黑色了?

超離子冰的發現揭開了存在數十年的冰巨星成分之謎。冰的18種結構目前，科學家發現冰包含了18種晶體結構。其中，我們最熟悉的、水分子按照六邊形排列的普通冰晶被命名為「冰1h」。除冰1（有兩種形式：冰1h和冰1c）以外，其餘的冰晶按照2~17編號。按照編號順序，此次發現的全新冰晶結構為冰18。

水如何變成冰?中國科學家首次證實百年理論預言

水如何變成冰？如今，中國科學家在實驗上「再現」了水結冰的過程，揭示了這一過程中「臨界冰核」的存在，證實了經典臨界冰核理論的百年預言。　　12月19日，國際知名學術期刊《自然》在線發表了這一由中國科學院化學研究所王健君、中國科學院大學周昕團隊領銜完成的科研成果。這也是科學界首次在實驗中證實臨界冰核的存在。

科學家發現迄今最小冰立方新結構

近日，中國科學院大連化學物理研究所研究員江凌與中科院院士、大連化物所研究員楊學明團隊，與清華大學教授李雋團隊合作，利用自主研製的基於大連相干光源的中性團簇紅外光譜實驗方法，發現多個最小冰立方的新結構，這些最小冰立方是由八個水分子組成的水團簇，該研究為揭開冰的微觀結構和形成機制提供新思路。

冰要是不能浮在水面上,世界將會變成怎樣(圖文)

但是不知為何，固態的水，也就是冰，密度比液態水小。為什麼會這樣呢？眾所周知，一個水分子是由兩個氫原子和一個氧原子組成的。讓我們來看一下水中的一些分子，如果水溫是25攝氏度。這時，水分子會彎曲、伸展、旋轉並在空間中移動。接下來，降低水的溫度，每個水分子裡所含的動能也隨之減少，那麼水分子的彎曲、伸展、旋轉和移動也會相應減少。