De eigenschappen van water fascineren wetenschappers al eeuwenlang, maar toch blijft zijn unieke gedrag een mysterie.

Deze week gepubliceerd in het tijdschrift Proceedings van de National Academy of Sciences , een samenwerking tussen de universiteiten van Bristol en Tokio heeft een nieuwe route geprobeerd om te begrijpen waarom een ​​vloeistof zich als water gedraagt.

In vergelijking met een gewone vloeistof, water vertoont een breed scala aan anomalieën. Veelvoorkomende voorbeelden zijn het feit dat vloeibaar water uitzet bij afkoeling onder 4 C, die ervoor zorgt dat meren van bovenaf bevriezen in plaats van van onderaf.

In aanvulling, het feit dat water minder viskeus wordt wanneer het wordt samengeperst, of zijn ongewoon hoge oppervlaktespanning, laat insecten over het wateroppervlak lopen.

Deze en vele andere anomalieën zijn van fundamenteel belang in talloze natuurlijke en technologische processen, zoals het klimaat op aarde, en de mogelijkheid van het leven zelf. Vanuit een antropisch oogpunt, het is alsof het watermolecuul zo is afgesteld dat het zulke unieke eigenschappen heeft.

Uitgaande van de observatie dat de eigenschappen van water verfijnd lijken, een samenwerking tussen Dr John Russo van de University of Bristol's School of Mathematics en Professor Hajime Tanaka van de University of Tokyo, gebruik gemaakt van de kracht van krachtige supercomputers, met behulp van rekenmodellen om de interacties van water langzaam te "ontregelen".

Dit toonde aan hoe de afwijkende eigenschappen van water kunnen worden veranderd en uiteindelijk teruggebracht tot die van een eenvoudige vloeistof. Bijvoorbeeld, in plaats van op het water te drijven, de dichtheid van ijs kan continu worden gewijzigd totdat het zinkt, en hetzelfde kan worden gedaan met alle waterafwijkingen.

Dr. Russo zei:"Met deze procedure, we hebben ontdekt dat water zich abnormaal gedraagt ​​door de aanwezigheid van een bepaalde rangschikking van de watermoleculen, zoals de tetraëdrische rangschikking, waarbij een watermolecuul waterstofgebonden is aan vier moleculen die zich op de hoekpunten van een tetraëder bevinden.

"Vier van dergelijke tetraëdrische arrangementen kunnen zichzelf zo organiseren dat ze een gemeenschappelijk watermolecuul in het midden delen zonder elkaar te overlappen.

"Het is de aanwezigheid van deze zeer geordende rangschikking van watermoleculen, gemengd met andere ongeordende arrangementen die water zijn eigenaardige eigenschappen geven.

"We denken dat dit werk een eenvoudige verklaring biedt voor de anomalieën en de uitzonderlijke aard van water benadrukt, wat het zo speciaal maakt in vergelijking met elke andere stof."