LeeChunI

原文刊載於台大化學系系刊 李俊毅譯 蔡蘊明教授校稿
譯自 http://www.rsc.org/chemistryworld/News/2007/April/26040702.asp

Water's surface is acidic
水表面是酸性的

純水有著酸性的表皮！如此具震撼性的見解現今已被一組國際科學家團隊以實驗及計算確認。以色列耶路撒冷希伯來大學的Victoria Buch教授及她的合作夥伴發現純水pH值從主體的7降至與空氣接觸表面的4.8甚至更低，幾乎可說是和啤酒一樣酸。

這項發現可能對許多的學門具有顯著的影響。在大氣層中，微量氣體會在雲中水滴的表面進行很多重要化學反應。Buch的共同研究者，在捷克布拉格科學院的Pavel Jungwirth說：「pH值對許多這類反應是必要的因素。」加州柏克萊大學的水專家Richard Saykally表示：「低的pH值同時也會影響海洋表面吸收二氧化碳的速率。」

在分子生物學中，此影響會在水與蛋白質疏水性部分交界處出現，進而改變蛋白質表面的酸鹼化學。「界面酸化對蛋白質及膜結構的影響有可能相當巨大。」猶他大學的理論化學家Gregory Voth說。

經過這幾年研究進行，水表面與水主體不同之處越顯明朗。Saykally和Jungwirth的研究顯示水溶液所含離子的濃度會在表面升高或降低。但是H3O+離子在空氣與水的界面累積另有其獨特原因。

Voth教授及其同事於2004年對此現象以量子力學為基礎進行電腦模擬，發現H3O+離子傾向位在水的表面而非液體深處。水分子通常會與周圍分子形成四個氫鍵，H3O+離子則只會形成三個氫鍵。H3O+離子中的三個氫可以與其他水分子連結，但是氧原子因為身負大部分的正電荷，已不再能扮演一個好的氫鍵受體。

因此，Voth研究團隊表示H3O+離子扮演類似兩性物種的角色──同時具有水溶性的部分及疏水性的部分，如同長鏈脂肪酸一樣。H3O+離子聚集在空氣與水的交界處，氫原子朝向下而形成氫鍵；相反的，氧原子則指向液體外端。2005年，Saykally及Petersen使用光譜技術得到水表面具有較多H3O+離子的間接證據。

現在Buch研究團隊有了新證據，他們發現在奈米冰晶表面(具有類似液相表面)重水所含氘與水分子交換氫的速度是內部的二十倍。而這種轉移仰賴的是H3O+離子的存在。

研究人員同時對表面的酸化有了新的模擬數據，這讓他們更能夠估算pH值。但是Voth認為這是個簡化模型，因而警告對這項數字不應該過度強調。舉例來說，「他們並沒有考量H3O+與OH-結合的機率」Voth說。

目前的關鍵問題在於能否有更直接的實驗證據，「我們正努力思考如何去做。」Saykally說，「不過這可不簡單喔。」