据physorg网2006年6月27日消息，两年前水结构在科学界引发的争议可能即将落下帷幕。美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室的科学家所进行的一项最新研究进一步为液态水的传统结构提供了证据，证明了在这种结构下普通水分子在氢键的作用下与大约其他四个水分子组成一种四面体形状的论断是正确的。
伯克利实验斯生物物理科学分部的生物工程学家特丽萨?赫德?乔丹和玛格丽特?强森与加利福尼亚大学的伯克利分校和旧金山分校的联合毕业生组织一起合作分析了2002年赫德?乔丹的研究小组在伯克利实验室的先进光源 （ALS）上利用超高光X射线所收集到的数据，并且对液态水的静态结构组织进行了研究。 他们发现，液态水的普通结构类似四面体网络的结构，而且同时其“链环状”的交替状态会存在的时间很短。
“我认为，大多数研究水的科学家，无论是液态还是无序系统，都会认为我们的论文具有很强的说服力，“赫德?乔丹说，“对于某些人来说，这篇论文已经足够可信，所以它应该会终结所有的争论。”
水覆盖了地球表面的百分之七十，而且人体的百分之六十由水组成。 虽然水在我们的生活中无处不在，但它仍然是一个谜。 大多数物质在固化时会产生收缩，然而水却会膨胀，使其处于固态时的密度要小于液态时的密度。 我们的生活需要液态水的支撑，考虑到水分子的质量很轻，在室温下它应该处于气态。 理解液态水这种奇妙而关键的特性，关键是完全了解它的结构。
单个水分子的形状呈V状，但是由于氧原子的阴电性要强于氢原子，水分子中的电子总是倾向于聚集在氧原子端并且制造出略显阴性的一极，而在氢原子端制造出略显阳性的一端。 每个水分子的极性会在其本身与其他水分子之间产生一种较弱的吸引力，这种吸引力叫做氢键。
当水处于固态冰时，在传统的科学图解上，每个水分子都形成了四个氢键 C 两个电子受体以及两个电子供体――它通过这种方式与其最近的其他分子联系起来。 这样就形成了一个四面体网络结构。 当冰融化时，这些氢键可能会受到扭曲，而且将有百分之二十以上会断裂。 虽然由于热能发生了扭曲，但是液态水仍然保持着自己的四面体网络。 这种四面体结构以及氢键强有力的作用，一直被人们认为是液态水具有非同一般的性质的原因。
然而，两年前，斯坦福大学的科学家发表了一系列有关利用X射线吸收光谱和X射线拉曼散射技术进行实验的实验报告，并提出了一种极为不同的水分子排列。 他们在报告中称，在液态下，水分间百分之八十以上的氢键都会断裂。 他们还发现，平均来说每个液态水分子只能形成两个氢键 ―― 一个电子供体和一个电子受体。 根据他们的结论，水分子在液态下会形成一大片环与链状的网络，而不是四面体网络。
赫德-乔丹与强森所分析的数据是通过一种被称为X射线散射的技术收集的，它使一束X射线穿透一块样本，样本的组成原子与分子的电子密度使光子发生散射现象。 散射的截面图或者X射线的密度会与电子的数量成比例上升。
“我们利用X射线散射法是因为这种技术让我们能够对处于液态或固态下的原子或分子的时间平均结构组织进行研究，” 赫德-乔丹表示。 “在我们的研究中，这种技术让我们能够同时得到长程与局部次序的信息。”
赫德?乔丹与强森在分析中所进行的X射线散射实验分析是与葛瑞格?胡安和丹尼尔拉?罗素共同完成的。 这些试验是在先进光源的射线 7.3.3S 实验站完成的，这里能够以很快的速度收集空间分辨率极高的X射线散射数据。 伯克利实验室的先进光源是一个电子同步加速器，专门为加速电子使其能量达到将近两百万电子伏特 (GeV) 并且从中提取出X射线光束，所提取的射线亮度比最好的X射线管中提取的射线亮度要高一千万倍。
在“国家科学院行动”（PNAS）的在线资料中的一份报告中，赫德?乔丹与强森描述了一种液态水模型，其中一个水分子的两个氢原子会形成一个氢键链。 当时所展示的这个反四面形模型与先进光源所获取的X射线散射数据中提出的长程次序并不一致。 另一方面，另一个形成四面体的液态水模型所表现的长程次序与先进光源X射线散射数据完全相同。
“我们目前对液态说得最深理解就是水分子电子密度的不对称电荷是从对称分裂的环境中形成的，这种环境是在飞秒的时间单位下飞速波动着的，”作者们在 PNAS 发表的报告中写道。
“虽然这些瞬间发生的不对称可能在X射线吸收光谱 (XAS) 实验中是可以看到的，但是结构总分析实验中的长时间单位（或整体）平均，例如X射线散射，告诉我们这样的不对称并不是持续存在的。”
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