Η τετραεδρικότητα, είναι το κλειδί για τη μοναδικότητα του νερού!
Μια ερευνητική ομάδα με έδρα την Ιαπωνία έχει μελετήσει την ανώμαλη συμπεριφορά τετραεδρικών υγρών όπως το νερό. Μέσω υπολογιστικής προσομοίωσης, υπολογίζουν τα διαγράμματα φάσεων μιας σειράς μοντέλων υγρών. Μεταβάλλοντας μια παράμετρο που ονομάζεται λάμδα (λ), η οποία ελέγχει την ποσότητα της τετραεδρικής δομής στο υγρό, διαπίστωσαν ότι τα υγρά με μεγαλύτερη λ έδειξαν περισσότερες ανωμαλίες, όπως η χαμηλή θερμοκρασία επέκτασης. Η τιμή του νερού του λ μεγιστοποιεί την επίδραση της τετραεδρικής απόστασης, εξ ου και των ιδιαίτερα ασυνήθιστων ιδιοτήτων της.
Το νερό κατέχει μια ιδιαίτερη θέση ανάμεσα στα υγρά για τις ασυνήθιστες ιδιότητές του και παραμένει ελάχιστα κατανοητό. Για παράδειγμα, επεκτείνεται μόνο κατά την κατάψυξη σε πάγο και γίνεται λιγότερο ιξώδης υπό συμπίεση, γύρω από την ατμοσφαιρική πίεση. Ο εξορθολογισμός αυτών των ιδιαιτεροτήτων είναι μια σημαντική πρόκληση για τη φυσική και τη χημεία. Πρόσφατη έρευνα που διεξάγεται από το Ινστιτούτο Βιομηχανικών Επιστημών του Πανεπιστημίου του Τόκιο (IIS) υποδηλώνει ότι απορρέουν από το βαθμό δομικής διαταγής του υγρού.
Το νερό ανήκει σε μια κατηγορία υγρών των οποίων τα σωματίδια σχηματίζουν τοπικές τετραεδρικές δομές. Η τετραεδρικότητα του νερού είναι συνέπεια των δεσμών υδρογόνου μεταξύ μορίων, οι οποίες περιορίζονται σε σταθερές κατευθύνσεις. Σε μια μελέτη στα Πρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών ( PNAS ), οι ερευνητές διερεύνησαν γιατί οι φυσικές ιδιότητες του νερού όπως εκφράζονται στο διάγραμμα φάσεων του είναι τόσο αξιοσημείωτες, ακόμη και σε σύγκριση με άλλα τετραεδρικά υγρά όπως το πυρίτιο και ο άνθρακας.
Τα τετραεδρικά υγρά συχνά προσομοιάζονται από ένα ενεργειακό δυναμικό που ονομάζεται μοντέλο SW. Το υγρό θεωρείται ότι περιέχει δύο φάσεις σε θερμοδυναμική ισορροπία - μια διαταραγμένη κατάσταση που έχει υψηλή περιστροφική συμμετρία, και μια τετράεδρα ταξινομημένη κατάσταση που δεν το κάνει. Παρά την απλότητα της, το μοντέλο προβλέπει με ακρίβεια ανώμαλες συμπεριφορές υγρών. Η ιδιότητα των δύο καταστάσεων ελέγχεται από την παράμετρο lambda (λ), η οποία περιγράφει τη σχετική ισχύ αλληλομοριακών αλληλεπιδράσεων ζεύγους και τριχών. Όσο υψηλότερη λ είναι, ο βαθμός της τετραεδρικής αύξησης της τάξης.
«Συνειδητοποιήσαμε ότι το λ,
