Forskare vid University of Bristol i Storbritannien och University of Tokyo i Japan har förklarat de avvikande egenskaperna hos vatten som det uppvisar när det svalnar och fryser. För detta gjorde forskarna, med hjälp av datormodellering, ändringar i strukturen för H2O-molekylen och gav den nya funktioner. Detta rapporteras av Science Alert.
Vanligtvis blir vätskor tätare när temperaturen sjunker, men vattnet når sin maximala densitet vid fyra grader Celsius. Under denna punkt minskar densiteten igen, vilket resulterar i att is flyter på ytan av vattendrag. Dessutom har vatten en hög ytspänning, vilket ger den flytande formen av kvicksilver, en hög kokpunkt och är ett bra lösningsmedel.
Sådana fysiska egenskaper förklaras av närvaron av vätebindningar som bildas mellan vattenmolekyler. De senare ansluter till varandra och bildar en tetraeder (triangulär pyramid).
Forskare har använt en superdator för att skapa olika modeller av vattnets molekylära struktur. För att göra detta varierade de parametern λ, som kallas Stillinger-Weber-potentialen, som används för att beskriva de fysiska egenskaperna hos ämnen med ett tetraedriskt arrangemang av molekyler. Forskarna spårade hur förändringar i potential påverkade ämnets densitet och antalet kemiska bindningar mellan atomer (en tvåstatsmodell). Detta gjorde det möjligt att beräkna vid vilka värden på λ de avvikande egenskaperna hos vatten manifesteras.
Det visade sig att med en ökning av Stillinger-Weber-potentialen blir de avvikande egenskaperna hos vatten i samband med densitet svagare. Som ett resultat flyttas den maximala densiteten mot övergången mellan vätska och is och den fasta formen av vatten tappar sin flytkraft. När λ minskar, försvagas också egenskaperna som förutses av tvåstatsmodellen.
