Wetenschappers van de Universiteit van Bristol in het VK en de Universiteit van Tokio in Japan hebben de afwijkende eigenschappen van water uitgelegd dat het vertoont als het afkoelt en bevriest. Om dit te doen, hebben de onderzoekers met behulp van computermodellering wijzigingen aangebracht in de structuur van het H2O-molecuul, waardoor het nieuwe functies heeft gekregen. Dat meldt Science Alert.
Meestal worden vloeistoffen dichter naarmate hun temperatuur daalt, maar water bereikt zijn maximale dichtheid bij vier graden Celsius. Beneden dit punt neemt de dichtheid weer af, waardoor ijs op het wateroppervlak drijft. Bovendien heeft water een hoge oppervlaktespanning, wat leidt tot de vloeibare vorm van kwik, een hoog kookpunt en is het een goed oplosmiddel.
Dergelijke fysieke kenmerken worden verklaard door de aanwezigheid van waterstofbruggen die zich vormen tussen watermoleculen. Deze laatste verbinden zich met elkaar en vormen een tetraëder (driehoekige piramide).
Wetenschappers hebben een supercomputer gebruikt om verschillende modellen van de moleculaire structuur van water te maken. Om dit te doen, varieerden ze de parameter λ, het Stillinger-Weber-potentieel genaamd, dat wordt gebruikt om de fysische eigenschappen van stoffen met een tetraëdrische rangschikking van moleculen te beschrijven. De onderzoekers volgden hoe veranderingen in het potentieel de dichtheid van een stof en het aantal chemische bindingen tussen atomen beïnvloedden (een tweestatenmodel). Dit maakte het mogelijk om te berekenen bij welke waarden van λ de afwijkende eigenschappen van water zich manifesteren.
Het bleek dat met een toename van het Stillinger-Weber-potentieel de afwijkende eigenschappen van water die verband houden met dichtheid zwakker worden. Als gevolg hiervan verschuift de maximale dichtheid naar de fase-overgang van vloeibaar ijs en verliest de vaste vorm van water zijn drijfvermogen. Als λ afneemt, verzwakken ook de eigenschappen die door het tweestatenmodel worden voorspeld.
