Les scientifiques ont découvert un nouvel état de l'eau

2024 Auteur: Seth Attwood | [email protected]. Dernière modifié: 2023-12-16 16:04

L'une des choses fondamentales que nous apprenons dans les cours de sciences à l'école est que l'eau peut exister sous trois états différents: glace solide, eau liquide ou vapeur gazeuse. Mais récemment, une équipe internationale de scientifiques a découvert des signes indiquant que l'eau liquide peut en réalité exister dans deux états différents.

Alors qu'ils menaient des travaux de recherche - les résultats ont ensuite été publiés dans l'International Journal of Nanotechnology - les scientifiques ont découvert de manière inattendue qu'un certain nombre de propriétés changent dans l'eau avec une température de 50 à 60 ℃. Ce signe de l'existence possible d'un deuxième état liquide de l'eau a suscité un vif débat dans les milieux scientifiques. Si elle est confirmée, la découverte trouvera des applications dans de nombreux domaines, notamment la nanotechnologie et la biologie.

Les états agrégés, également appelés « phases », sont le concept clé de la théorie des systèmes d'atomes et de molécules. En gros, un système constitué de plusieurs molécules peut s'organiser sous la forme d'un certain nombre de configurations en fonction de sa quantité totale d'énergie. Aux températures élevées (et donc à un niveau d'énergie plus élevé), un plus grand nombre de configurations sont disponibles pour les molécules, c'est-à-dire qu'elles sont moins rigidement organisées et se déplacent relativement librement (phase gazeuse). À des températures plus basses, les molécules ont moins de configurations et sont dans une phase (liquide) plus organisée. Si la température descend encore plus bas, ils prendront une configuration définie et formeront un solide.

C'est l'état général des molécules relativement simples comme le dioxyde de carbone ou le méthane, qui ont trois états distincts (liquide, solide et gaz). Mais les molécules plus complexes ont un plus grand nombre de configurations possibles, ce qui signifie que le nombre de phases augmente. Une excellente illustration en est le double comportement des cristaux liquides, qui sont formés à partir de complexes de molécules organiques et peuvent s'écouler comme des liquides, tout en conservant une structure cristalline solide.

Étant donné que les phases d'une substance sont déterminées par sa configuration moléculaire, de nombreuses propriétés physiques changent considérablement lorsqu'une substance passe d'un état à un autre. Dans l'étude susmentionnée, les scientifiques ont mesuré plusieurs propriétés de contrôle de l'eau entre 0 et 100 dans des conditions atmosphériques normales (de sorte que l'eau soit liquide). De manière inattendue, ils ont trouvé des variations dramatiques dans les propriétés telles que la tension superficielle de l'eau et l'indice de réfraction (l'indice qui reflète la façon dont la lumière se déplace dans l'eau) à une température d'environ 50.

Structure spéciale

Comment est-ce possible? La structure de la molécule d'eau, H₂O, est très intéressante et peut être représentée comme une sorte de flèche, où l'atome d'oxygène est situé au sommet, et deux atomes d'hydrogène "l'accompagnent" depuis les flancs. Les électrons dans les molécules ont tendance à être distribués de manière asymétrique, c'est pourquoi la molécule reçoit une charge négative du côté oxygène par rapport au côté hydrogène. Cette caractéristique structurelle simple conduit au fait que les molécules d'eau commencent à interagir les unes avec les autres d'une certaine manière, leurs charges opposées s'attirent, formant ce qu'on appelle une liaison hydrogène.

Cela permet à l'eau dans de nombreux cas de se comporter différemment de ce que d'autres liquides simples ont observé. Par exemple, contrairement à la plupart des autres substances, une certaine masse d'eau prend plus de place à l'état solide (sous forme de glace) qu'à l'état liquide, du fait que ses molécules forment une structure régulière spécifique. Un autre exemple est la tension superficielle de l'eau liquide, qui est le double de celle d'autres liquides non polaires et plus simples.

L'eau est assez simple, mais pas écrasante. Cela signifie que la seule explication de la phase supplémentaire d'eau qui s'est manifestée est qu'elle se comporte un peu comme un cristal liquide. Les liaisons hydrogène entre les molécules maintiennent un certain ordre à basse température, mais elles peuvent également atteindre un autre état plus libre avec l'augmentation de la température. Ceci explique les écarts importants observés par les scientifiques lors des recherches.

Si cela est confirmé, les conclusions des auteurs peuvent avoir de nombreuses utilisations. Par exemple, si des changements dans l'environnement (par exemple, la température) entraînent des changements dans les propriétés physiques d'une substance, cela peut théoriquement être utilisé pour créer un équipement de sondage. Ou vous pouvez l'aborder plus fondamentalement - les systèmes biologiques sont composés principalement d'eau. La façon dont les molécules organiques (telles que les protéines) interagissent les unes avec les autres dépendra probablement de la façon dont les molécules d'eau forment la phase liquide. Si vous comprenez comment les molécules d'eau se comportent en moyenne à différentes températures, vous pouvez clarifier comment elles interagissent dans les systèmes biologiques.

Cette découverte est une grande opportunité pour les théoriciens et les expérimentateurs, ainsi qu'un excellent exemple du fait que même la substance la plus familière peut cacher des secrets en elle-même.

Rodrigo Ledesma Aguilar