Un diagramme de l'eau enrobée de nanotubes passant d'un liquide à faible densité à une glace hexagonale à un liquide à haute densité sous des quantités croissantes de pression extrême à une température constante. Le chimiste Xiao Cheng Zeng a comparé le diagramme de phases proposé à une carte de l'Amérique du Nord, avec l'eau liquide à faible densité comme le golfe du Mexique, la phase glaciaire de type péninsule comme la masse continentale des États-Unis et du Canada, et le liquide à haute densité comme la baie d'Hudson. Crédit :Scott Schrage
Mettre de l'eau dans un endroit (vraiment) étroit et augmenter la pression pourrait révéler de nouvelles facettes de sa personnalité déjà mercurielle, dit une nouvelle étude internationale co-écrite par des chimistes de l'Université du Nebraska-Lincoln.
A l'état gazeux, l'eau prend la forme de vapeur; comme un solide, il peut adopter au moins 21 formes de glace dont la structure moléculaire varie avec la température et la pression qui l'entourent. Mais son état le plus célèbre – le liquide couvrant les deux tiers de la surface de la Terre et soutenant toute vie sur celle-ci – est resté un mystère.
Depuis le début des années 1990, les chercheurs ont apporté des preuves à la fois pour et contre l'idée que l'eau liquide peut se transformer en deux formes dont la densité - le nombre de molécules d'eau présentes dans un volume donné - est notablement inférieure ou supérieure à la norme d'un gramme par centimètre cube.
Comme indiqué dans Actes de l'Académie nationale des sciences , Le chimiste du Nebraska Xiao Cheng Zeng et ses collègues japonais ont proposé que ces formes à faible et à haute densité pourraient émerger du logement de l'eau liquide dans un tube de carbone d'environ 100, 000 fois plus fin qu'un cheveu humain.
L'équipe a effectué des simulations informatiques suggérant qu'à une température constante de 44 degrés Fahrenheit, l'eau enrobée de nanotubes sous des quantités croissantes de pression extrême passera à une forme à faible densité avant de geler dans un nanotube de glace hexagonal, puis de fondre en une forme liquide à haute densité.
"Cela a été un Saint Graal, pour voir s'il existe deux sortes d'eau liquide, " dit Zeng, Chancelier de l'Université Professeur de chimie.
Pourtant, Zeng a admis que l'équipe ne cherchait même pas le Graal - elle espérait simplement déterminer la température à laquelle l'eau gelait dans un nanotube de glace.
« La surprise a été que lorsque nous avons (encore) augmenté la pression, la glace fondit à nouveau en liquide, " a déclaré Zeng. "Nous ne nous attendions pas à ça."
Des recherches antérieures plaidant en faveur de l'existence de formes à faible et à haute densité ont proposé qu'elles se trouvent à plus de 40 degrés en dessous de zéro Fahrenheit, au-delà d'un "no man's land" dans lequel même l'eau liquide la plus purifiée commence à se cristalliser en glace. Ce fait a grandement compliqué la recherche, Zeng a dit, en forçant les chercheurs à mesurer l'eau liquide sur des échelles de temps incroyablement courtes auxquelles elle pourrait exister sous ces formes avant de geler.
Les avancées récentes dans la fabrication de nanotubes de carbone - combinées à une température plus tolérante - pourraient faire du nano-tube à essai de l'équipe une alternative attrayante pour les expérimentateurs cherchant à confirmer l'existence de ces formes longtemps débattues, il a dit.
"C'est une prédiction d'une simulation informatique, mais je dirais qu'il a beaucoup plus d'espoir d'être testé en laboratoire, " dit Zeng.
