水二量体

水二量体は、水素結合によって緩く結合した2つの水分子から構成されています。これは最小の水クラスターです。これは水中の水素結合を研究するための最も単純なモデルシステムであるため、多くの理論的^{[1] [2] [3]}（および後に実験的）研究の対象となっており、「理論上のモルモット」と呼ばれています。^[4]

2つの水分子間の第一原理結合エネルギーは5～6 kcal/molと推定されるが、方法によっては3～8の値が得られている。実験的に測定された(H 2 O) 2と(D 2 O) 2の解離エネルギー（核量子効果を含む）は、それぞれ3.16 _± 0.03 _kcal / _mol（_13.22 ± 0.12 kJ/mol）^[5]と3.56 ± 0.03 kcal/mol（14.88 ± 0.12 kJ/mol）^[6]である。これらの値は計算と非常によく一致している。^{[7] [8]}振動基底状態のOO距離は実験的に約2.98 Åと測定されている。^[9]水素結合はほぼ直線であるが、アクセプター分子の平面との角度は約57°である。振動基底状態は線形水二量体（右図参照）として知られており、これはほぼ長楕円形の頂点（回転定数に関しては^{[説明が必要]}、A > B ≈ C）です。その他の興味深い構成には、環状二量体と分岐二量体があります。

水二量体に関する最初の理論的研究は、1968年にMorokumaとPedersenによって発表された第一原理計算でした。 ^[10]それ以来、水二量体は水素結合に関心を持つ理論化学者から継続的に関心を集めており、 2006年までのCASデータベースの検索では、1100件を超える関連文献（そのうち73件は2005年のもの）が見つかりました。水素結合のモデルとして機能することに加えて、(H ₂ O) _2は、化学反応、凝縮、大気による太陽エネルギーの吸収など、多くの大気プロセスで重要な役割を果たしていると考えられています。^{[11] [12] [13]}さらに、水二量体を完全に理解することは、液体および固体の水の水素結合をより徹底的に理解する上で重要な役割を果たすと考えられています。