Дослідники з Сінгапуру і Китаю заявляють, що незвичайні властивості льоду, що знаходиться під високим тиском обумовлені кулонівською відштовхуванням, що виникають між електронними парами зв’язку О–Н і неподеленными електронними парами кисню.
Поведінка замерзлої води при підвищеному тиску істотно відрізняється від поведінки інших речовин. У твердому стані вода характеризується аномально низькою стисливість, а додаток тиску зменшує, а не збільшує значення критичної температури фазових переходів. Ці аномалії довгий час залишалися загадкою для дослідників, а побудова відповідної фізичної моделі, що пояснює причини цих аномалій, являло собою завдання виняткової складності.
Чанг Сун (Chang Sun) з колегами припускає, що розробив новий метод, здатний симулювати процеси, що протікають при стисненні твердої води, з високою точністю і пояснити фізичні причини, що лежать в основі її аномального поведінки.
Ключовим елементом нової моделі є уявлення про елементарної структурної комірці як про систему O…H-O. Зображений зліва кисень утворює водневу зв’язок за рахунок своєї неподіленої електронної пари, яка поляризує електронну щільність навколо водню, який утворює нормальну ковалентную зв’язок з іншим атомом кисню (праворуч).
У твердому стані вода характеризується аномально низькою стисливість, а додаток тиску зменшує, а не збільшує значення критичної температури фазових переходів завдяки кулоновскому відштовхуванню, що виникає між електронними парами зв’язку О–Н і неподеленными електронними парами кисню. (Малюнок з Chem. Sci., 2012, DOI:10.1039/c2sc20066j)
Модель Суна краще описує систему, ніж звичайні жорсткі моделі, які не враховують поляризацію. Сама суть цих моделей така, що в них задана жорстка геометрія молекули води – три точкові заряди, розташовані на фіксованій відстані один від одного, і, отже, вони просто не в змозі враховувати зміни геометричних параметрів молекул води, які можуть виникати внаслідок прикладання тиску.
У той же самий час результати, отримані Суном, показують, що кулонівське відштовхування між неподіленої електронної парою і зв’язує парою призводить до вкорочення довжини водневої зв’язку O…H і подовження ковалентного зв’язку O-H, при цьому при значному тиску довжина водневого зв’язку та ковалентного зв’язку стають рівними по довжині. Виходячи з цієї моделі, виходить, що на фізичні властивості стисливого льоду впливає зміна енергії зв’язування ковалентного зв’язку, викликане її подовженням.
