重大突破！科学家揭示氯化氢溶解形成盐酸的微观机理
重大突破！科学家揭示氯化氢溶解形成盐酸的微观机理
近日，中国青年学者谢杋在《科学》（Science）杂志上发表重要研究成果，解决了困扰化学界数十年的基础问题：氯化氢溶解形成盐酸的微观机理。研究发现，仅需5个水分子和3个氢键就能诱发氯化氢分子解离，这一发现将推动化学、物理和材料等多个学科的发展。
从微观到宏观：物质性质转变之谜
研究团队采用微波光谱技术，通过实验手段观测分子团簇的聚集生长过程，以此来推导和解释物质的宏观性质的微观机理。这一方法可以为大气化学、天文化学、材料设计和环境保护等领域提供科学基础。
实验方法与关键发现
研究团队使用超音速膨胀技术，在真空中冷却并分离了盐酸水团簇的结构。当盐酸和水分子从高压条件膨胀到真空腔时，分子和惰性载气之间的碰撞会使分子内能转化为高度定向的动能，从而将分子冷却至1-2开尔文。在如此低的温度下，分子开始凝结并形成团簇。
在真空腔中，这些团簇可以持续存在约数百微秒。研究团队在此时间窗口内对盐酸水团簇进行微波辐射照射，得到它们的转动光谱指纹特征。通过分析这些指纹特征，特别是氯原子核自旋与分子团簇整体转动能级的耦合，研究团队确定了盐酸水团簇的结构及其对应的氯原子核外电子云分布。
重要突破与未来展望
这一发现解决了化学界长期争议的盐酸微溶剂化过程问题。此前，尽管多位领域内知名学者尝试解决这一问题，但都未能找到相关光谱学证据。谢杋团队的研究不仅揭示了氯化氢分子解离的关键条件，还为后续研究提供了新的方向。
研究团队预计，对于各种类型的酸分子或碱分子的微溶剂化过程，可能会观测到类似的解离趋势。然而，具体信息仍需通过一对一的测量和研究来验证。当前，微波光谱学的主要瓶颈之一是谱学特征指纹的标注。研究团队计划通过基于神经网络的特征识别技术来突破这一瓶颈。
这项研究不仅解决了基础化学问题，还展示了简单实验设备（如自来水）在重要科学发现中的潜力。这一突破性成果将对化学、物理、材料等多个学科产生深远影响。