L'eau réagit de manière très inhabituelle à des températures très basses. Commençons par le fait que lorsqu'elle refroidit, contrairement à la logique, l'eau ne rétrécit pas, mais se dilate (c'est pourquoi la glace a la propriété de la flottabilité). L'eau froide est moins compressible que l'eau chaude. De plus, lorsqu'elles sont gelées, les molécules d'eau peuvent changer de position de toutes les manières possibles.
Tout cela est difficile à trouver et les théories existantes suscitent une vive controverse dans les cercles scientifiques. L'une d'elles a été formulée il y a près de trois décennies et était que l'eau glacée peut exister sous deux formes liquides différentes, dont l'une a une structure moins dense. En d'autres termes, il existe deux types d'eau, dont chacun est un liquide séparé. Il est difficile de prouver cette théorie dans un laboratoire, mais des scientifiques italiens ont réussi à trouver des preuves pour la défendre. L'étude a été récemment publiée dans la revue Science.
Dans leur étude, les scientifiques Pablo Debenedetti et Gul H. Zerze de l'Université de Princeton et Francesco Shortico de La Sapienza à Rome suggèrent que le "deuxième point critique de l'eau" se produit à des températures allant de -83 à -100 degrés et à des pressions atmosphériques presque 2000 fois plus élevées. que la pression au-dessus du niveau de la mer. Le point critique est la seule valeur de température et de pression à laquelle deux phases d'une substance deviennent indiscernables, et cela se produit juste avant que la substance ne passe d'une phase à une autre. L'eau, par exemple, a un point critique bien connu dans la transition du liquide à la vapeur.
«Imaginez simplement notre joie quand nous avons vu que les fluctuations critiques se déroulent exactement comme nous l'avions prévu, - explique Sortino, - maintenant je peux dormir paisiblement, car après 25 ans, mon idée a enfin trouvé confirmation.
Jusqu'à présent, les expériences utilisant de vraies molécules d'eau pour tester le deuxième point critique de l'eau "surfusion" ne pouvaient pas fournir une preuve sans équivoque de son existence. Cela est en grande partie dû au fait que l'eau glacée se transforme généralement en glace, a déclaré Debenedetti.
Pour cette raison, les chercheurs ont décidé de recourir à des modèles informatiques. Le processus est vraiment laborieux: malgré la puissance élevée des supercalculateurs modernes, les scientifiques ont passé 18 mois à faire les calculs nécessaires pour créer des modèles.
Dans les simulations, lorsque la température était encore loin du point de congélation, la densité de l'eau a commencé à fluctuer considérablement. En conséquence, les scientifiques ont réussi à trouver le point critique, qu'ils recherchaient dans deux modèles informatiques différents de l'eau. Dans le même temps, pour trouver le point critique de l'eau dans les deux modèles, différentes approches de calcul ont été appliquées.
Comme pour la transition de la phase liquide à la phase gazeuse, l'eau glacée peut se transformer en deux phases différentes, selon la façon dont ses molécules sont réarrangées. Ainsi, dans un liquide de faible densité, quatre molécules sont regroupées autour d'une molécule centrale pour former un tétraèdre. Cependant, dans un liquide de densité plus élevée, la sixième molécule entre en jeu, ce qui entraîne une augmentation de sa densité.
Vidéo promotionelle:
Dans leur article, les chercheurs écrivent que "dans les limites de nos capacités de calcul, l'existence d'un point critique métastable dans l'étape de refroidissement en profondeur des molécules d'eau a été prouvée".
Naturellement, cette conclusion doit maintenant être confirmée par d'autres expériences, «utilisant des moyens de calcul plus précis et plus coûteux».
