Ordning och reda i vatten

Den klara rinnande vätska som är en förutsättning för allt liv, vatten, har en mängd märkliga egenskaper som skiljer den från andra ämnen. Dit hör dess höga kokpunkt, att vatten får lägre täthet när det fryser och dess märkliga förmåga att samspela med livets molekyler. Ingen har kunnat förklara varför.

Nu har två svenska forskare, Lars Pettersson vid Stockholms universitet och Anders Nilsson vid Stanford Synchrotron Radiation Laboratory, USA, kunnat visa att man i tjugo år har haft helt fel uppfattning om den inre strukturen hos vanligt rinnande vatten. I stället för oordning har de funnit att vattenmolekylerna grupperar sig i ringar eller kedjor.

– Det är spännande att vatten har en inre struktur! Genom att titta på de olika sätt som ringarna kan packa sig i vattnet, kan vi få kunskap som har betydelse vid design av läkemedel eller i andra biologiska sammanhang.

I is är vattenmolekylerna bundna till varandra i en kristallin form, där alla molekyler vet sin fasta plats och där alla har fyra grannar vardera. När temperaturen närmar sig noll grader och isen smälter, blir molekylerna mer lättrörliga: de vibrerar och bindningarna förvrids. Enligt den vedertagna teorin bryts inte bindningarna i någon större utsträckning när vatten blir rinnande. Man har ansett att bindningarna i stort sett består, men att den kristallina formen förvrängs till en oordnad struktur.

– Det stämmer inte. Vi har för första gången kunnat se elektronstrukturen i vätskan, och den är känslig för hur vattenmolekylerna binder till varandra. Två av de fyra bindningarna är mycket svaga eller helt borta, säger Lars Pettersson.

Och om en vattenmolekyl häktar i en molekyl bakom sig och en framför sig bildas det antingen en kedja eller en sluten cirkel.

Studien publiceras i Science och är ett samarbete mellan flera länder.