材料牛注：走在路上的美女可能吸引你久久的目光，韩剧中如太阳一般的男主角可能让你迷恋一阵。今天，无生命水分子又会对其它离子产生什么反应呢？下面EPFL的研究人员带我们来看，水中离子是如何像宋仲基一般，吸引着水分子的目光。

EPFL的研究人员发现，水分子对离子的敏感度是先前设想的10000倍。

水的存在简单而又复杂。虽然一个水分子（H₂O）仅由3个原子组成，但大量水分子独特的集体行为却让我们感到十分惊讶。氢键将各水分子连接在一起的同时，每秒钟又断开、形成数千亿次。也正是这一化学键赋予了水非同寻常的性质。生物体中约60%的成分是盐和水，因此解密水、盐和离子之间的相互作用对于理解生命就变得至关重要。

百万个分子间的反应

在EPFL实验室，从事基础生物光子学研究的Sylvie Roke等科学家们探究了离子对水结构的影响，并进行了空前灵敏的测量。根据它们的多尺度分析，单个离子对百万个水分子的影响是先前设想的10000倍。在这篇发表在Science Advances的文章中，他们解释了单一离子是如何“扭曲”距离自己20纳米之外的数百万个水分子之间的化学键，从而使得液体变得“僵硬”的。Roke也对这一结果感到惊讶，他表示“目前为止是无法观测超过100个分子的，我们的测量表明了水对离子的灵敏度超乎了我们的想象”。

围绕在离子周围的分子

水分子是由一个带负电荷的氧原子和两个带正电荷的氢原子构成的，这种米老鼠型的分子也因此不具有和其“四肢”相同的中心电荷。当一个离子（即带电原子）接触到水后，整个氢键网络就变得不稳定。这一扰动会影响到周围数百万个水分子，使得水分子出现择优取向。这可以被认为是水分子为了“加强”与周边各种离子之间的联系。

从原子尺度到宏观尺度

三种测试水行为的方法：超快光学测量，揭示了分子在纳米尺度上的排列方式；原子尺度的计算模拟；在宏观层面上，进行水表面结构和张力的测量；Roke表示：“对于最后一种方法，我们只是把一个薄金属板放入水中，然后使用张力计轻轻地测量水的阻力。我们发现，少量离子的存在可以使得薄金属板更容易被拉出，也就是说，离子的存在降低了水的表面阻力。虽然早在1941年人们就发现这一奇特的现象，但在这之前依然无法被解释。通过多尺度的分析，我们可以将这一现象与离子诱导水分子以加强分散的氢键网络的机理之间联系，从而得知一个紧密联系的整体具有更为灵活的表面。

不同盐以及不同的“水”的测试

研究人员用21种不同的盐进行了相同的实验，发现它们都以同样的方式影响着水。随后，他们研究了离子对重水的影响，重水是氢原子的重同位素（即在原子核内多一个中子）。这种液体表面上和水几乎没有区别，但性质上却有极大的不同。研究发现，若要以相同的方式扰动重水，离子的浓度必须提高6倍。这也进一步证实了水的唯一性。

与水记忆性间的无关联性

Roke与她的团队意识到：将这些惊人的结果和各种与水有关的争议性理论联系在一起可能是很有前景的。同时，他们也非常谨慎地避免了一些牵强的解释。Roke表示：“我们的研究不受水的记忆性以及顺势疗法的影响。同时，我们所收集的科学数据都是经得起核查的。在核实顺势疗法中水的作用时，我们所不能确定的是其他万亿个的水分子是否会因此受到影响而聚集。”

有关水行为的新发现在其他领域也将是非常有用的基础研究。在与酶、离子通道、蛋白质折叠有关的生物过程中，水和离子的相互作用无处不在。每一个新知识都可以让我们更加深入地理解生活。

原文链接：A single ion impacts a million water molecules

本文由杨洪期提供素材，黄超编译，杨雨思审核