L'eau est un liquide omniprésent avec de nombreuses propriétés très uniques. La façon dont il réagit aux changements de pression et de température peut être complètement différente des autres liquides, et ces propriétés sont essentielles à de nombreuses applications pratiques et en particulier à la vie telle que nous la connaissons. Les causes de ces anomalies ont longtemps été une source d'exploration scientifique, mais maintenant, une équipe internationale de chercheurs qui comprend Nicolas Giovambattista, professeur à la CUNY, a prouvé que l'eau peut exister dans deux états liquides différents, une découverte qui peut expliquer de nombreuses propriétés anormales de l'eau. Leur recherche apparaît dans un article publié dans le numéro du 20 novembre de la revue Science .

"La possibilité que l'eau puisse exister dans deux états liquides différents a été proposée il y a environ 30 ans, sur la base des résultats obtenus à partir de simulations informatiques, " Giovambattista a déclaré. "Cette hypothèse contre-intuitive a été l'une des questions les plus importantes dans la chimie et la physique de l'eau, et un scénario controversé depuis ses débuts. C'est parce que les expériences qui peuvent accéder aux deux états liquides dans l'eau ont été très difficiles en raison de la formation de glace apparemment inévitable dans les conditions où les deux liquides devraient exister. »

L'état "liquide" habituel de l'eau que nous connaissons tous correspond à de l'eau liquide à des températures normales (environ 25 degrés C). Cependant, l'article montre que l'eau à basse température (environ -63 degrés C) existe dans deux états liquides différents, un liquide à basse densité à basse pression et un liquide à haute densité à haute pression. Ces deux liquides ont des propriétés sensiblement différentes et diffèrent de 20 % en densité. Les résultats impliquent que dans des conditions appropriées, l'eau devrait exister sous forme de deux liquides non miscibles séparés par une mince interface similaire à la coexistence de l'huile et de l'eau.

Parce que l'eau est l'une des substances les plus importantes sur Terre - le solvant de la vie telle que nous la connaissons - son comportement de phase joue un rôle fondamental dans différents domaines, y compris la biochimie, climat, cryoconservation, cryobiologie, science matérielle, et dans de nombreux procédés industriels où l'eau agit comme solvant, produit, réactif, ou impureté. Il s'ensuit que des caractéristiques inhabituelles dans le comportement de phase de l'eau, comme la présence de deux états liquides, peut affecter de nombreuses applications scientifiques et techniques.

"La question reste ouverte de savoir comment la présence de deux liquides peut affecter le comportement des solutions aqueuses en général, et en particulier, comment les deux liquides peuvent affecter les biomolécules dans les environnements aqueux, " Giovambattista a déclaré. "Cela motive d'autres études dans la recherche d'applications potentielles."

Giovambattista est membre du doctorat en physique et chimie. programmes à CUNY.

L'équipe internationale, dirigé par Anders Nilsson, professeur de physique chimique à l'Université de Stockholm, utilisé des expériences complexes et des simulations informatiques pour prouver cette théorie. Les expérimentations, décrit comme « de type science-fiction » par Giovambattista, ont été réalisées par des collègues de l'Université de Stockholm en Suède, Université POSTECH en Corée, PAL-XFEL en Corée, et le laboratoire national de l'accélérateur SLAC en Californie. Les simulations informatiques ont été réalisées par Giovambattista et Peter H. Poole, professeur à l'Université St. Francis Xavier au Canada. Les simulations informatiques ont joué un rôle important dans l'interprétation des expériences car ces expériences sont extrêmement complexes et certaines observables ne sont pas accessibles pendant les expériences.