Życie na Ziemi bez obecności wody najprawdopodobniej nie byłoby możliwe. Co ciekawe, choć woda jest wszechobecna i korzystamy z niej każdego dnia, wciąż tak naprawdę nie poznaliśmy jej wszystkich tajemnic. Naukowcy z Uniwersytetu Tokijskiego dokonali właśnie odkrycia, które tylko potwierdza, że woda jest naprawdę dziwna.

Większość cieczy staje się gęstsza po schłodzeniu, gdy zamienia się w lód. Jednak woda osiąga swoją maksymalną gęstość przy temperaturze około 4 stopni Celsjusza. Przy niższych temperaturach, jej gęstość znów spada. To oznacza, że lód, który pojawia się przy temperaturze 0 stopni Celsjusza, jest mniej gęsty, dlatego unosi się na powierzchni wody.

Ponadto, woda ma bardzo wysokie napięcie powierzchniowe i pod tym względem ustępuje jedynie rtęci. Posiada niezwykle wysoką temperaturę topnienia oraz wrzenia i można w niej rozpuścić wiele chemikaliów, co dla naukowców jest dość dziwne.

W 2018 roku, naukowcy z Wielkiej Brytanii i Japonii odkryli, że specyficzne właściwości wody mają związek z tetraedrycznym układem cząsteczek wody w postaci płynnej. To oznacza, że każda cząsteczka wody jest poprzez wodór związana z czterema innymi cząsteczkami w kształcie przypominającym piramidę. Jednak kwestia uporządkowania struktury wody wciąż pozostaje niejasna. Jeden model sugeruje, że struktura molekularna wody jest unimodalna i zawiera tylko czworościany. Natomiast drugi wskazuje na bimodalność, czyli strukturę składającą się z czworościanów i czegoś jeszcze.

Naukowcy z Uniwersytetu Tokijskiego, chcąc rozwiązać ten problem, przeprowadzili symulacje komputerowe, a także badania na ciekłej krzemionce. Jest to jedna z niewielu cieczy, która również posiada tetraedryczny układ molekularny. Eksperymenty zostały oparte na dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego.

Przyglądając się pikom dyfrakcyjnym odkryto dwa piki nakładające się na siebie w pierwszym piku dyfrakcyjnym. Jeden z nich odpowiadał odległości między atomami tlenu jak w „zwykłych” cieczach, natomiast drugi wskazywał na większą odległość, która występuje w tetraedrycznych układach molekularnych.

Zastosowanie nowych metod obliczeniowych w połączeniu z analizą danych o rozpraszaniu promieniowania rentgenowskiego pozwoliło ustalić, że woda w stanie ciekłym przyjmuje dwie różne struktury molekularne. Odkrycie może wpłynąć na nasze zrozumienie żywych organizmów, które funkcjonują dzięki ciekłej wodzie, a także na biologię molekularną, chemię oraz farmakologię i może znaleźć zastosowania przemysłowe.