水分子内部结构是什么
稍有常识的人们都知道，水是人们日常生活中最常见的物质，它的一个分子是由两个氢原子和一个氧原子构成。但它们究竟是如何形成水分子的？恐怕人们就一问三不知、无所适从了。
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面对这个常识性的疑惑，日前，中国科学家共同解开了这一世界难题，首次拍摄到了水分子的内部结构。 这一科研成果已在世界权威科学杂志《自然》子刊上发表。[1]
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北京大学科学家在世界上首次拍到水分子的内部结构，并揭示了单个水分子和四分子水团簇的空间姿态。这一成果发表在最近一期的《自然-材料》杂志上。 水分子是地球表面上最多的分子，其内部结构非常基本，但是又具有很多奇妙的化学性质。水作为良好的溶剂为...全部
稍有常识的人们都知道，水是人们日常生活中最常见的物质，它的一个分子是由两个氢原子和一个氧原子构成。但它们究竟是如何形成水分子的？恐怕人们就一问三不知、无所适从了。
2难题突破
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面对这个常识性的疑惑，日前，中国科学家共同解开了这一世界难题，首次拍摄到了水分子的内部结构。
这一科研成果已在世界权威科学杂志《自然》子刊上发表。[1]
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北京大学科学家在世界上首次拍到水分子的内部结构，并揭示了单个水分子和四分子水团簇的空间姿态。这一成果发表在最近一期的《自然-材料》杂志上。
水分子是地球表面上最多的分子，其内部结构非常基本，但是又具有很多奇妙的化学性质。水作为良好的溶剂为生命存在提供了基本条件，其独特的氢键结构也一直让科学家难以解释。
北京大学量子材料中心、量子物质科学协同创新中心江颖课题组与王恩哥课题组合作，在水科学领域取得重大突破，在国际上首次实现了水分子的亚分子级分辨成像，使在实空间中直接解析水的氢键网络构型成为可能。
相关研究成果于1月5日以Article的形式在线发表在《自然-材料》[Nature Materials DIO: 10。1038/nmat3848]。江颖和王恩哥是文章的共同通讯作者，博士研究生郭静、孟祥志和陈基是文章的共同第一作者，物理学院的李新征研究员和量子材料中心的施均仁教授在理论方面提供了重要的支持和帮助。
这项工作得到了国家基金委、科技部、教育部和北京大学的资助。
水的各种奇特物理和化学性质与水分子之间的氢键相互作用紧密相关，如何在分子水平上确定水的氢键网络构型是水科学领域的关键科学问题之一。由于氢键的形成主要源于氢原子和氧原子之间的静电作用力(O-H…O)，要精确描述水的氢键构型，不仅需要判定氧原子的位置，还必须能识别氢原子的位置，也就是要求能在亚分子级水平上探测水分子在空间中的取向。
然而，由于氢原子的质量和尺寸都非常小，对水分子进行亚分子级分辨成像极具挑战性。
北京大学谱学和高分辨率探测实验室负责人江颖介绍，水分子的直径只有一根头发的百万分之一，而且流动性非常强，拍照的第一个难题就是给它选择一个合适的背景。
而要想用电子显微镜拍照，这个背景还得能导电才行。以前科学家用金属作为衬底，曾经观测到模糊的水分子外形，没有任何的内部结构。这次我国科学家选取氯化钠（NaCl）薄膜作为背景，将水分子吸附在盐表面进行观察，捕捉到水分子更清晰的面貌。
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