Des scientifiques de l'Université de Bristol au Royaume-Uni et de l'Université de Tokyo au Japon ont expliqué les propriétés anormales de l'eau qu'elle présente lorsqu'elle refroidit et gèle. Pour ce faire, les chercheurs, à l'aide de la modélisation informatique, ont modifié la structure de la molécule H2O, la dotant de nouvelles fonctionnalités. Ceci est rapporté par Science Alert.
Habituellement, les liquides deviennent plus denses à mesure que leur température diminue, mais l'eau atteint sa densité maximale à quatre degrés Celsius. En dessous de ce point, la densité diminue à nouveau, ce qui fait que la glace flotte à la surface des plans d'eau. De plus, l'eau a une tension superficielle élevée, cédant à la forme liquide du mercure, un point d'ébullition élevé et est un bon solvant.
Ces caractéristiques physiques s'expliquent par la présence de liaisons hydrogène qui se forment entre les molécules d'eau. Ces derniers sont reliés les uns aux autres et forment un tétraèdre (pyramide triangulaire).
Les scientifiques ont utilisé un superordinateur pour créer divers modèles de la structure moléculaire de l'eau. Pour ce faire, ils ont fait varier le paramètre λ, appelé potentiel Stillinger-Weber, utilisé pour décrire les propriétés physiques de substances à disposition tétraédrique de molécules. Les chercheurs ont suivi comment les changements de potentiel affectaient la densité de la matière et le nombre de liaisons chimiques entre les atomes (un modèle à deux états). Cela a permis de calculer à quelles valeurs de λ les propriétés anormales de l'eau se manifestent.
Il s'est avéré qu'avec une augmentation du potentiel Stillinger-Weber, les propriétés anormales de l'eau associées à la densité s'affaiblissent. En conséquence, la densité maximale se déplace vers la transition de phase liquide-glace et la forme solide de l'eau perd sa flottabilité. Lorsque λ diminue, les propriétés prédites par le modèle à deux états s'affaiblissent également.