Bristolin yliopiston (Iso-Britannia) ja Tokion yliopiston (Japani) tutkijat ovat selittäneet veden epänormaalit ominaisuudet, joita sillä on, kun se jäähtyy ja jäätyy. Tätä varten tutkijat tekivät tietokonemallinnuksen avulla muutoksia H2O-molekyylin rakenteeseen antamalla sille uusia ominaisuuksia. Tämän raportoi Science Alert.
Yleensä nesteistä tulee tiheämpiä, kun niiden lämpötila laskee, mutta vesi saavuttaa maksimitiheytensä neljässä celsiusasteessa. Tämän pisteen alapuolella tiheys pienenee jälleen, minkä seurauksena jää kelluu vesistöjen pinnalla. Lisäksi vedellä on suuri pintajännitys, mikä antaa elohopean nestemuodolle korkean kiehumispisteen ja on hyvä liuotin.
Tällaiset fysikaaliset ominaisuudet selitetään vesimolekyylien välille muodostuvien vetysidosten läsnäololla. Viimeksi mainitut muodostavat yhteyden toisiinsa ja muodostavat tetraedrin (kolmiomainen pyramidi).
Tutkijat ovat käyttäneet supertietokonetta luodakseen erilaisia malleja veden molekyylirakenteesta. Tätä varten he vaihtelivat parametria λ, jota kutsutaan Stillinger-Weber-potentiaaliksi, jota käytetään kuvaamaan aineiden fysikaalisia ominaisuuksia molekyylien tetraedraalisella järjestelyllä. Tutkijat seurasivat, kuinka potentiaalin muutokset vaikuttivat aineen tiheyteen ja atomien välisten kemiallisten sidosten määrään (kahden tilan malli). Tämä mahdollisti laskea, millä λ-arvoilla veden poikkeavat ominaisuudet ilmenevät.
Kävi ilmi, että Stillinger-Weber-potentiaalin lisääntyessä tiheyteen liittyvät veden epänormaalit ominaisuudet heikentyvät. Tämän seurauksena suurin tiheys siirtyy kohti neste-jää-faasimuutosta ja veden kiinteä muoto menettää kelluvuutensa. Kun λ pienenee, myös kaksitilamallin ennustamat ominaisuudet heikkenevät.