Naukowcy z Uniwersytetu w Bristolu w Wielkiej Brytanii i Uniwersytetu Tokijskiego w Japonii wyjaśnili anomalne właściwości wody, które wykazuje, gdy ochładza się i zamarza. W tym celu naukowcy, korzystając z modelowania komputerowego, wprowadzili zmiany w strukturze cząsteczki H2O, nadając jej nowe cechy. Jest to zgłaszane przez Science Alert.
Zwykle ciecze stają się gęstsze wraz ze spadkiem ich temperatury, ale woda osiąga maksymalną gęstość przy czterech stopniach Celsjusza. Poniżej tego punktu gęstość ponownie spada, w wyniku czego lód unosi się na powierzchni zbiorników wodnych. Ponadto woda ma wysokie napięcie powierzchniowe, przechodząc do ciekłej postaci rtęci, wysoką temperaturę wrzenia i jest dobrym rozpuszczalnikiem.
Takie cechy fizyczne tłumaczy obecność wiązań wodorowych, które tworzą się między cząsteczkami wody. Te ostatnie łączą się ze sobą i tworzą czworościan (trójkątną piramidę).
Naukowcy wykorzystali superkomputer do stworzenia różnych modeli struktury molekularnej wody. Aby to zrobić, zmienili parametr λ, zwany potencjałem Stillingera-Webera, który służy do opisu właściwości fizycznych substancji o tetraedrycznym układzie cząsteczek. Badacze prześledzili, jak zmiany potencjału wpływały na gęstość substancji i liczbę wiązań chemicznych między atomami (model dwustanowy). Umożliwiło to obliczenie przy jakich wartościach λ przejawiają się anomalne właściwości wody.
Okazało się, że wraz ze wzrostem potencjału Stillingera-Webera anomalne właściwości wody związane z gęstością ulegają osłabieniu. W rezultacie maksymalna gęstość przesuwa się w kierunku przejścia fazowego ciecz-lód, a stała postać wody traci swoją wyporność. Wraz ze spadkiem λ osłabiają się również właściwości przewidywane przez model dwustanowy.