Il existe deux états de l’eau liquide, affirme une équipe internationale de physiciens dirigée par le Dr Laura Maestro de l’Université d’Oxford.
L.M. Maestro et al découvrent que deux états de l’eau liquide jouent un rôle important dans les propriétés thermiques et optiques des systèmes nanomédicaux. Les résultats préliminaires de l’équipe suggèrent également que la structure de l’eau liquide influence fortement la stabilité thermique des protéines. Crédit image : Martin Str.
Écrire dans le International Journal of Nanotechnologyle Dr Maestro et ses co-auteurs expliquent comment les propriétés physiques et chimiques de l’eau ont été étudiées en profondeur pendant plus de 100 ans et ont révélé un comportement étrange qui n’a pas été observé dans d’autres substances.
Par exemple, lorsque l’eau gèle, elle se dilate. En revanche, presque toutes les autres substances connues se contractent lorsqu’elles sont refroidies.
L’eau existe également à l’état solide, liquide et gazeux dans une plage de températures très réduite (100 degrés Celsius), alors que les points de fusion et d’ébullition de la plupart des autres composés couvrent une plage beaucoup plus large.
La plupart des propriétés étranges de l’eau sont dues à la capacité de la molécule à former des liaisons de courte durée entre elles, appelées liaisons hydrogène.
Il existe une charge positive résiduelle sur les atomes d’hydrogène dans la molécule d’eau en forme de V. L’un ou l’autre, ou les deux, peuvent former de telles liaisons avec les électrons négatifs de l’atome d’oxygène à la pointe du V.
Cela permet la formation de réseaux fugaces dans l’eau, qui sont gelés en place lorsque le liquide se solidifie. Ces liaisons sont si éphémères qu’elles ne confèrent au liquide ni structure ni mémoire, bien entendu.
Le Dr Maestro et ses collègues d’Espagne et du Mexique ont examiné de près diverses propriétés physiques de l’eau liquide, notamment la conductivité thermique, le temps de relaxation du réseau de spin des protons, l’indice de réfraction, la conductivité, la tension superficielle et le coefficient piézo-optique.
Ils ont constaté que ces phénomènes semblent basculer entre deux caractères particuliers à environ 50 degrés Celsius, à 10 degrés près, c’est-à-dire de 40 à 60 degrés Celsius.
“A l’exception des coefficients piézo-optiques, nous observons une dépendance bilinéaire définissant une température de croisement : environ 64 degrés Celsius pour la conductivité thermique, environ 50 degrés Celsius pour le temps de relaxation spin-réseau des protons, 50 degrés Celsius pour l’indice de réfraction, environ 53 degrés Celsius pour la conductivité, et 57 degrés Celsius pour la tension superficielle”, expliquent les scientifiques.
“Ces résultats confirment que dans la gamme 0-100 degrés Celsius, l’eau liquide présente une température de croisement de plusieurs de ses propriétés proche de 50 degrés Celsius.”
D’autres propriétés de l’eau liquide montrent également des variations dans cette gamme de température.
“Il a récemment été signalé que le coefficient de dilatation thermique présente une température de croisement à 42 degrés Celsius et, à la même température, la compressibilité isotherme présente un minimum”, ont déclaré les chercheurs.
“Notons que la vitesse du son dans l’eau liquide, qui est corrélée au coefficient de dilatation thermique, présente également un maximum à environ 60 degrés Celsius.”
“Ces résultats confirment l’existence d’un croisement dans le comportement de l’eau qui est probablement lié à la présence de deux états liquides différents avec un décalage de température se situant dans une large gamme entre environ 40 et 60 degrés Celsius.”
Les deux états de l’eau liquide pourraient avoir des implications importantes pour l’étude et l’utilisation des nanoparticules où le caractère de l’eau au niveau de la molécule devient important pour les propriétés thermiques et optiques de ces particules.
De plus, les résultats préliminaires suggèrent que la structure de l’eau liquide peut fortement influencer la stabilité des protéines et la façon dont elles sont dénaturées à la température de croisement, ce qui pourrait bien avoir des implications pour comprendre le traitement des protéines dans l’industrie alimentaire mais aussi pour comprendre comment les maladies apparaissent lorsque les protéines se replient mal.
