水是常見的溶劑之一, 在人體中約佔70%的重量。相較於其它的溶劑, 液
態水的物理性質很特殊, 例如水的密度比冰大、 水的比熱及介電係數偏
大。至今, 對於這些性質雖有所瞭解, 卻也引發更多的問題待解, 化學家
對與水有關的系統深感興趣。水分子的極性很大會形成分子間氫鍵, 氫鍵
的存在使水分子具方向性, 且和液態水的靜態、動態性質之特殊有直接關
係。但是由於液態水的結構因子(structure factor)解析困難, 以及氫鍵
的鍵結態與非鍵結態間之界定不明顯, 若只以徑向分佈函數及配位數的改
變, 則對於水的微觀結構鑑定常有困擾。因此, 關於液態水的結構有許多
的爭議。我們採取弗隆尼方法(Voronoi analysis)分析每個水分子的局部
結構, 且用 S參數描述水分子的方向性, 以瞭解液態水的結構情形。本論
文是以分子動力學(MD)模擬SPC(Simple Point Charge)模型的液態水。藉
由水分子間距離、角度、作用能量及水分子方向性之測量,鑑定出液態純
水系統的結構, 隨溫度、隨溫度、密度變化的情形, 以瞭解液態水中的幾
何結構。並且, 將分析水溶液的水合結構。討論當不同類溶質存在時, 溶
劑水的結構變化情形。以Ar、Xe代表非極性溶質, 研究疏水效應的水合結
構、原因; 另以陽離子(計有Li、Na、Cs三種)的水溶液系統, 探討離子水
合的結構本質及離子的電荷密度對水合結構影響的情形。在論文的第二章
中將詳述有關的MD計算方法及結構分析的工具。第三章將分別討論溫度、
密度影響液態純水之微觀結構的情形。第四章則延伸至水溶液系統, 討論
疏水性溶質及親水性溶質的水合層結構。