温度对液态水结构的影响:中子及X射线散射研究

采用中子散射和X射线散射研究了液态水在298～373 K温度范围内的结构,通过偏径向分布函数(PDF)、配位数分布(CN)、角分布(ADF)及空间密度分布(SDF)等讨论了温度对液态水结构的影响.整体来看,液态水具有“不规则四面体”氢键网络的短程有序结构,该有序度可延续到第三水合层.液态水分子的第一水合层中,围绕中心水分子约有4.8个水分子,然而其中仅有约3.3个水分子与中心水分子通过氢键相键合,约1/3进入到第一水合层的水分子并未与中心水分子直接键合,也正是这些间隙水分子的存在加剧了液态水结构的复杂性.温度对液态水的有序度存在一定的影响,在298～ 373 K的有限温度变化范围内,温度对液态水中氢键的键长、键角分布及第一水合层SDF的影响不大.从298K升温到373K,O(W)-O(W)距离仅增加0.03(A),氢键数目也仅有微小减少,温度对第二和第三水合层的影响则要显著很多.