Des chercheurs de l'Université de Tokyo ont utilisé des méthodes informatiques et l'analyse de données expérimentales récentes pour démontrer que les molécules d'eau prennent deux structures distinctes à l'état liquide. L'équipe a étudié la diffusion de photons de rayons X à travers des échantillons d'eau et a montré une distribution bimodale cachée sous le premier pic de diffraction résultant des arrangements tétraédriques et non tétraédriques des molécules d'eau. Ce travail peut avoir des implications importantes dans l'ensemble de la science, mais surtout en ce qui concerne les systèmes vivants, comme les protéines et les structures cellulaires, qui sont fortement affectés par leurs molécules d'eau environnantes.

Compte tenu de l'omniprésence de l'eau sur notre planète et du rôle central qu'elle joue dans toute forme de vie connue, il peut être difficile de croire qu'il reste quelque chose à apprendre sur ce fluide le plus familier. Une molécule simple composée de seulement deux atomes d'hydrogène et d'un oxygène; l'eau cache encore des mystères fondamentaux qui restent à élucider. Par exemple, l'eau a des points de fusion et d'ébullition inhabituellement élevés, et se dilate même lorsqu'il gèle (contrairement à la plupart des liquides, quel contrat). Ces propriétés et d'autres inhabituelles le rendent très différent de presque tous les autres liquides, mais aussi permettre à la vie telle que nous la connaissons d'exister.

L'étrangeté de l'eau peut être mieux comprise en pensant aux interactions très uniques entre H 2 Molécules O—la liaison hydrogène. L'eau a tendance à former quatre liaisons hydrogène avec ses quatre voisins, ce qui conduit à des arrangements tétraédriques des voisins. De tels arrangements peuvent être largement déformés sous les fluctuations thermiques. Cependant, La question de savoir si la distorsion conduit à la coexistence d'arrangements tétraédriques et non tétraédriques distincts est restée controversée.

Maintenant, Des scientifiques de l'Université de Tokyo ont combiné des simulations informatiques et l'analyse de données expérimentales de diffusion pour trouver le "facteur de structure" de l'eau, la fonction mathématique qui représente les trajets des rayons X dispersés lorsqu'ils diffusent les atomes d'hydrogène et d'oxygène. L'analyse a montré deux pics chevauchants se cachant dans le premier pic de diffraction du facteur de structure. L'un de ces pics correspondait à la distance entre les atomes d'oxygène comme dans les liquides ordinaires, tandis que l'autre indiquait une distance plus longue, comme dans un arrangement tétraédrique. "La combinaison de nouvelles méthodes de calcul et l'analyse des données récentes de diffusion des rayons X nous ont permis de voir ce qui n'était pas visible dans les travaux précédents, " explique le premier auteur de l'étude Rui Shi.

Cette découverte peut avoir des implications énormes dans de nombreux domaines scientifiques. Connaître l'ordre structurel exact de l'eau est essentiel pour une compréhension complète de la biologie moléculaire, chimie, et même de nombreuses applications industrielles. "C'est très satisfaisant de pouvoir démêler la structure liquide d'une substance aussi fondamentale, ", dit l'auteur principal Hajime Tanaka.