Four recent x-ray diffraction measurements of ambient liquid water are reviewed here. Each of these measurements represents a significant development of the x-ray diffraction technique applied to the study of liquid water. Sources of uncertainty from statistical noise, Q-range, Compton scattering, and self-scattering are discussed. The oxygen-hydrogen contribution to the measured x-ray scattering pattern was subtracted using literature data to yield an experimental determination, with error bars, of the oxygen-oxygen pair-distribution function, gOO(r), which essentially describes the distribution of molecular centers. The extended Q-range and low statistical noise of these measurements has significantly reduced truncation effects and related errors in the gOO(r) functions obtained. From these measurements and error analysis, the position and height of the nearest neighbor maximum in gOO(r) were found to be 2.80(1) Å and 2.57(5) respectively. Numerical data for the coherent differential x-ray scattering cross-section IX(Q), the oxygen-oxygen structure factor SOO(Q), and the derived gOO(r) are provided as benchmarks for calibrating force-fields for water.

1.
J. D.
Bernal
and
R. H.
Fowler
,
J. Chem. Phys.
1
,
515
548
(
1933
).
2.
H. E.
Fischer
,
A. C.
Barnes
, and
P. S.
Salmon
,
Rep. Prog. Phys.
69
,
233
299
(
2006
).
3.
L.
Fu
,
A.
Bienenstock
, and
S.
Brennan
,
J. Chem. Phys.
131
,
234702
(
2009
).
4.
M.
Leetmaa
,
K. T.
Wikfeldt
,
M. P.
Ljungberg
,
M.
Odelius
,
J.
Swenson
,
A.
Nilsson
, and
L. G. M.
Pettersson
,
J. Chem. Phys.
129
,
084502
(
2008
).
5.
K. T.
Wikfeldt
,
M.
Leetmaa
,
M. P.
Ljungberg
,
A.
Nilsson
, and
L. G. M.
Pettersson
,
J. Phys. Chem. B
113
,
6246
(
2009
).
6.
K. T.
Wikfeldt
,
M.
Leetmaa
,
A.
Mace
,
A.
Nilsson
, and
L. G. M.
Pettersson
,
J. Chem. Phys.
132
,
104513
(
2010
).
7.
V.
Petkov
,
Y.
Ren
, and
M.
Suchomel
,
J. Phys.: Condens. Matter
24
,
155102
(
2012
).
8.
G.
Hura
,
D.
Russo
,
R. M.
Glaeser
,
T.
Head-Gordon
,
M.
Krack
, and
M.
Parrinello
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
5
,
1981
1991
(
2003
).
9.
T.
Head-Gordon
and
G.
Hura
,
Chem. Rev.
102
,
2651
2670
(
2002
).
10.
A. K.
Soper
,
Chem. Phys.
258
,
121
137
(
2000
).
11.
G.
Hura
,
J. M.
Sorenson
,
R. M.
Glaeser
, and
T.
Head-Gordon
,
J. Chem. Phys.
113
,
9140
9148
(
2000
).
12.
A. K.
Soper
,
J. Phys.: Condens. Matter
19
,
335206
(
2007
).
13.
A. H.
Narten
and
H. A.
Levy
,
J. Chem. Phys.
55
,
2263
(
1971
).
14.
J. M.
Sorenson
,
G.
Hura
,
R. M.
Glaeser
, and
T.
Head-Gordon
,
J. Chem. Phys.
113
,
9149
9161
(
2000
).
15.
J.
Wang
,
A. N.
Tripathi
, and
V. H.
Smith
,
J. Chem. Phys.
101
,
4842
4854
(
1994
).
16.
J.
Neuefeind
,
C. J.
Benmore
,
J. K. R.
Weber
, and
D.
Paschek
,
Mol. Phys.
109
,
279
288
(
2011
).
17.
L. B.
Skinner
,
C. J.
Benmore
, and
J. B.
Parise
,
J. Phys.: Condens. Matter
24
,
338001
(
2012
).
18.
P. F.
Peterson
,
E. S.
Bozin
,
T.
Proffen
, and
S. J. L.
Billinge
,
J. Appl. Crystallogr.
36
,
53
64
(
2003
).
19.
L. B.
Skinner
,
C. J.
Benmore
, and
J. B.
Parise
,
Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A
662
,
61
70
(
2012
).
20.
J.
Neuefeind
,
C. J.
Benmore
,
B.
Tomberli
, and
P. A.
Egelstaff
,
J. Phys.: Condens. Matter
14
,
L429
L433
(
2002
).
21.
P. L.
Silvestrelli
and
M.
Parrinello
,
Phys. Rev. Lett.
82
,
3308
(
1999
).
22.
Z.
Su
and
P.
Coppens
,
Acta Crystallogr.
53
,
749
762
(
1997
).
23.
R. L.
McGreevy
and
L.
Pusztai
,
Mol. Simul.
1
,
359
367
(
1988
).
24.
R. L.
McGreevy
,
J. Phys.: Condens. Matter
13
,
R877
R913
(
2001
).
25.
L. B.
Skinner
,
C. J.
Benmore
,
B.
Shyam
,
J. K. R.
Weber
, and
J. B.
Parise
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
109
,
16463
(
2012
).
26.
R. T.
Hart
,
C. J.
Benmore
,
J. C.
Neuefeind
,
S.
Kohara
,
B.
Tomberli
, and
P. A.
Egelstaff
,
Phys. Rev. Lett.
94
,
047801
(
2005
).
27.
C.
Huang
,
K. T.
Wikfeldt
,
D.
Nordlund
,
U.
Bergmann
,
T.
McQueen
,
J.
Sellberg
,
L. G. M.
Pettersson
, and
A.
Nilsson
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
13
,
19997
20007
(
2011
).
28.
M.
Hakala
,
K.
Nygård
,
S.
Manninen
,
S.
Huotari
,
T.
Buslaps
,
A.
Nilsson
,
L. G. M.
Pettersson
, and
K.
Hämäläinen
,
J. Chem. Phys.
125
,
084504
(
2006
).
29.
L.
Bosio
,
S.-H.
Chen
, and
J.
Teixeira
,
Phys. Rev. A
27
,
1468
1475
(
1983
).
30.
J.
Waser
and
V.
Schomaker
,
Rev. Mod. Phys.
25
,
671
690
(
1953
).
31.
E.
Lorch
,
J. Phys. C
2
,
229
(
1969
).
32.
A. K.
Soper
and
E. R.
Barney
,
J. Appl. Cryst.
44
,
714
726
(
2011
).
33.
A.
Zeidler
,
P. S.
Salmon
,
H. E.
Fischer
,
J. C.
Neuefeind
,
J. M.
Simonson
,
H.
Lemmel
,
H.
Rauch
, and
T. E.
Markland
,
Phys. Rev. Lett.
107
,
145501
(
2011
).
34.
A.
Zeidler
,
P. S.
Salmon
,
H. E.
Fischer
,
J. C.
Neuefeind
,
J. M.
Simonson
, and
T. E.
Markland
,
J. Phys.: Condens. Matter
24
,
284126
(
2012
).
35.
J. L. F.
Abascal
and
C.
Vega
,
J. Chem. Phys.
123
,
234505
(
2005
).
36.
K. T.
Wikfeldt
,
C.
Huang
,
A.
Nilsson
, and
L. G. M.
Pettersson
,
J. Chem. Phys.
134
,
214506
(
2011
).
37.
T.
Weitkamp
,
J. C.
Neuefeind
,
H. E.
Fischer
, and
M. D.
Zeidler
,
Mol. Phys.
98
,
125
134
(
2000
).
38.
See supplementary material at http://dx.doi.org/10.1063/1.4790861 for the numerical datasets.
39.
G. N. I.
Clark
,
C. D.
Cappa
,
J. D.
Smith
,
R. J.
Saykally
, and
T.
Head-Gordon
,
Mol. Phys.
108
,
1415
1433
(
2010
).
40.
A. K.
Soper
,
Pure Appl. Chem.
82
,
1855
(
2010
).
41.
K. T.
Wikfeldt
,
A.
Nilsson
, and
L. G. M.
Pettersson
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
13
19918
19924
(
2011
).
42.
A.
Nilsson
and
L. G. M.
Pettersson
,
Chem. Phys.
389
,
1
34
(
2011
).
43.
C.
Huang
,
K. T.
Wikfeldt
,
T.
Tokushima
,
D.
Nordlund
,
Y.
Harada
,
U.
Bergmann
,
M.
Niebuhr
,
T. M.
Weiss
,
Y.
Horikawa
,
M.
Leetmaa
,
M. P.
Ljungberg
,
O.
Takahashi
,
A.
Lenz
,
L.
Ojamäe
,
A. P.
Lyubartsev
,
S.
Shin
,
L. G. M.
Pettersson
, and
A.
Nilsson
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
106
,
15214
15218
(
2009
).
44.
A. K.
Soper
,
J.
Teixeira
, and
T.
Head-Gordon
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
107
,
E44
(
2010
).
45.
C.
Huang
,
K. T.
Wikfeldt
,
T.
Tokushima
,
D.
Nordlund
,
Y.
Harada
,
U.
Bergmann
,
M.
Niebuhr
,
T. M.
Weiss
,
Y.
Horikawa
,
M.
Leetmaa
,
M. P.
Ljungberg
,
O.
Takahashi
,
A.
Lenz
,
L.
Ojamäe
,
A.
Lyubartsev
,
S.
Shin
,
L. G. M.
Pettersson
, and
A.
Nilsson
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
107
,
E45
(
2010
).
46.
G. N. I.
Clark
,
G.
Hura
,
J.
Teixeira
,
A. K.
Soper
, and
T.
Head-Gordon
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
107
,
14003
14007
(
2010
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.