材料牛注：走在路上的美女可能吸引你久久的目光，韓劇中如太陽一般的男主角可能讓你迷戀一陣。今天，無生命水分子又會對其它離子產生什么反應呢？下面EPFL的研究人員帶我們來看，水中離子是如何像宋仲基一般，吸引著水分子的目光。

EPFL的研究人員發現，水分子對離子的敏感度是先前設想的10000倍。

水的存在簡單而又復雜。雖然一個水分子（H₂O）僅由3個原子組成，但大量水分子獨特的集體行為卻讓我們感到十分驚訝。氫鍵將各水分子連接在一起的同時，每秒鐘又斷開、形成數千億次。也正是這一化學鍵賦予了水非同尋常的性質。生物體中約60%的成分是鹽和水，因此解密水、鹽和離子之間的相互作用對于理解生命就變得至關重要。

百萬個分子間的反應

在EPFL實驗室，從事基礎生物光子學研究的Sylvie Roke等科學家們探究了離子對水結構的影響，并進行了空前靈敏的測量。根據它們的多尺度分析，單個離子對百萬個水分子的影響是先前設想的10000倍。在這篇發表在Science Advances的文章中，他們解釋了單一離子是如何“扭曲”距離自己20納米之外的數百萬個水分子之間的化學鍵，從而使得液體變得“僵硬”的。Roke也對這一結果感到驚訝，他表示“目前為止是無法觀測超過100個分子的，我們的測量表明了水對離子的靈敏度超乎了我們的想象”。

圍繞在離子周圍的分子

水分子是由一個帶負電荷的氧原子和兩個帶正電荷的氫原子構成的，這種米老鼠型的分子也因此不具有和其“四肢”相同的中心電荷。當一個離子（即帶電原子）接觸到水后，整個氫鍵網絡就變得不穩定。這一擾動會影響到周圍數百萬個水分子，使得水分子出現擇優取向。這可以被認為是水分子為了“加強”與周邊各種離子之間的聯系。

從原子尺度到宏觀尺度

三種測試水行為的方法：超快光學測量，揭示了分子在納米尺度上的排列方式；原子尺度的計算模擬；在宏觀層面上，進行水表面結構和張力的測量；Roke表示：“對于最后一種方法，我們只是把一個薄金屬板放入水中，然后使用張力計輕輕地測量水的阻力。我們發現，少量離子的存在可以使得薄金屬板更容易被拉出，也就是說，離子的存在降低了水的表面阻力。雖然早在1941年人們就發現這一奇特的現象，但在這之前依然無法被解釋。通過多尺度的分析，我們可以將這一現象與離子誘導水分子以加強分散的氫鍵網絡的機理之間聯系，從而得知一個緊密聯系的整體具有更為靈活的表面。

不同鹽以及不同的“水”的測試

研究人員用21種不同的鹽進行了相同的實驗，發現它們都以同樣的方式影響著水。隨后，他們研究了離子對重水的影響，重水是氫原子的重同位素（即在原子核內多一個中子）。這種液體表面上和水幾乎沒有區別，但性質上卻有極大的不同。研究發現，若要以相同的方式擾動重水，離子的濃度必須提高6倍。這也進一步證實了水的唯一性。

與水記憶性間的無關聯性

Roke與她的團隊意識到：將這些驚人的結果和各種與水有關的爭議性理論聯系在一起可能是很有前景的。同時，他們也非常謹慎地避免了一些牽強的解釋。Roke表示：“我們的研究不受水的記憶性以及順勢療法的影響。同時，我們所收集的科學數據都是經得起核查的。在核實順勢療法中水的作用時，我們所不能確定的是其他萬億個的水分子是否會因此受到影響而聚集。”

有關水行為的新發現在其他領域也將是非常有用的基礎研究。在與酶、離子通道、蛋白質折疊有關的生物過程中，水和離子的相互作用無處不在。每一個新知識都可以讓我們更加深入地理解生活。

原文鏈接：A single ion impacts a million water molecules

本文由楊洪期提供素材，黃超編譯，楊雨思審核