New evidence that water separates into two different liquids at low 
Voilà qui va réveiller les vieux chimistes ; ma traduction de ;’’
New evidence that water separates into two different liquids
at low temperatures
by University of Birmingham
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‘’ Nouvelle preuve que
l'eau se sépare en deux liquides différents à basse température
par l'Université de Birmingham
Crédit : domaine public CC0
Un nouveau type de "transition
de phase" dans l'eau a été proposé pour la première fois il y a 30 ans
dans une étude menée par des chercheurs de l'Université de Boston. Parce que la
transition a été prédite pour se produire dans des conditions de surfusion,
cependant, confirmer son existence a été un défi. C'est parce qu'à ces basses
températures, l'eau ne veut vraiment pas être liquide, mais plutôt rapidement
devenir de la glace. En raison de son statut caché, on ignore encore beaucoup
de choses sur cette transition de phase liquide-liquide, contrairement aux
exemples quotidiens de transitions de phase dans l'eau entre une phase solide
ou vapeur et une phase liquide.
Cette nouvelle preuve, publiée dans
Nature Physics, représente un pas en avant significatif dans la confirmation de
l'idée d'une transition de phase liquide-liquide proposée pour la première fois
en 1992. Francesco Sciortino, aujourd'hui professeur à la Sapienza Università
di Roma, était membre de l'équipe de recherche originale à l'Université de
Boston et est également co-auteur de cet article.
L'équipe a utilisé des simulations
informatiques pour aider à expliquer quelles caractéristiques distinguent les
deux liquides au niveau microscopique. Ils ont découvert que les molécules
d'eau dans le liquide à haute densité forment des arrangements considérés comme
"topologiquement complexes", comme un nœud de trèfle (pensez aux
molécules disposées de telle manière qu'elles ressemblent à un bretzel) ou un
lien de Hopf ( penser à deux maillons d'une chaîne en acier). On dit alors que
les molécules du liquide à haute densité sont intriquées.
En revanche, les molécules du liquide
à faible densité forment principalement des anneaux simples et, par conséquent,
les molécules du liquide à faible densité ne sont pas enchevêtrées.
Andreas Neophytou, un Ph.D. étudiant
à l'Université de Birmingham avec le Dr Dwaipayan Chakrabarti, est l'auteur
principal de l'article. Il dit : "Cette idée nous a fourni une vision
complètement nouvelle de ce qui est maintenant un problème de recherche vieux
de 30 ans et, espérons-le, ce ne sera que le début."
Les chercheurs ont utilisé un modèle
colloïdal d'eau dans leur simulation, puis deux modèles moléculaires d'eau
largement utilisés. Les colloïdes sont des particules qui peuvent être mille
fois plus grosses qu'une seule molécule d'eau. En raison de leur taille
relativement plus grande, et donc de leurs mouvements plus lents, les colloïdes
sont utilisés pour observer et comprendre des phénomènes physiques qui se
produisent également à des échelles de longueur atomique et moléculaire
beaucoup plus petites.
Anomalies thermodynamiques et LLCP
dans l'eau colloïdale. a, Schéma de la hiérarchie
Le professeur Sciortino déclare : «
Dans ce travail, nous proposons, pour la première fois, une vision de la
transition de phase liquide-liquide basée sur des idées d'intrication de
réseau. Je suis sûr que ce travail inspirera une nouvelle modélisation
théorique basée sur des concepts topologiques.
L'équipe s'attend à ce que le modèle
qu'ils ont conçu ouvrira la voie à de nouvelles expériences qui valideront la
théorie et étendront le concept de liquides "intriqués" à d'autres
liquides tels que le silicium.
Pablo Debenedetti, professeur
d'ingénierie chimique et biologique à l'Université de Princeton aux États-Unis
et expert mondial dans ce domaine de recherche, remarque : "Ce
magnifique travail informatique révèle la base topologique sous-jacente à l'existence
de différentes phases liquides dans le même réseau. -substance formatrice.
"Ce faisant, il enrichit et
approfondit considérablement notre compréhension d'un phénomène qui, selon de
nombreuses preuves expérimentales et informatiques, est de plus en plus au cœur
de la physique du liquide le plus important : l'eau."
Christian Micheletti, professeur à
l'École internationale d'études avancées de Trieste, en Italie, dont l'intérêt
de recherche actuel réside dans la compréhension de l'impact de
l'enchevêtrement, en particulier des nœuds et des liens, sur la statique, la
cinétique et la fonctionnalité des biopolymères, déclare : "Avec cet
article unique , Neophytou et al ont fait plusieurs percées qui auront des
conséquences dans divers domaines scientifiques.
"Premièrement, leur modèle
colloïdal élégant et expérimental pour l'eau ouvre des perspectives entièrement
nouvelles pour les études à grande échelle des liquides. Au-delà de cela, ils
donnent des preuves très solides que les transitions de phase qui peuvent être
insaisissables pour l'analyse traditionnelle de la structure locale des
liquides sont plutôt facilement capté en suivant les nœuds et les liens dans le
réseau de liaison du liquide.
"L'idée de rechercher de telles
complexités dans l'espace quelque peu abstrait des voies le long des liaisons
moléculaires transitoires est très puissante, et je m'attends à ce qu'elle soit
largement adoptée pour étudier les systèmes moléculaires complexes."
Sciortino dit : "L'eau, l'une
après l'autre, révèle ses secrets. Rêvez comme ce serait beau si nous pouvions
regarder à l'intérieur du liquide et observer la danse des molécules d'eau, la
façon dont elles scintillent et la façon dont elles échangent des partenaires,
se restructurent le réseau de liaisons hydrogène. La réalisation du modèle
colloïdal de l'eau que nous proposons peut faire de ce rêve une R2ALIT2
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COMMENTAIRES
Les physico chimistes de mon age ont
appris que le spectre infrarouge de l’eau
dans ses divers états montrait l’intervention
de liaisons OH multiples
à longue distance .
La ‘’Polywater ‘’était une forme
d'eau polymérisée hypothétique qui a fait l'objet de nombreuses controverses
scientifiques à la fin des années 1960.
En 1973, il s'est avéré qu'il était illusoire,
n'étant que de l'eau avec un certain nombre de c C ette noteomposés organiques courants la
contaminant. C’était en fait un exemple
de science pathologique
Ce
travail est plus subtil et montre
que théoriquement ces effets
de liaison OH polymérisant pourraient
produire des transitions de phases mal
perceptibles
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