Polymorphes de glace non entrelacés à structure ouverte
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L'unité structurale tétraèdrique de l'eau cohérente (H2O){H2O}4 est extrêmement flexible pouvant donner naissance à pas de moins de 15 polymorphes cristallins notés Ic ou Ih et de II à XIV ainsi que 3 phases amorphes différentes (LDA, HDA et VHDA). Cette vidéo montre les structures et l'énergie des liaisons hydrogène pour les 8 polymorphes de glace à structure ouverte: Ih, Ic, II, III, IX, XI, XII, et XIV. Parmi ces 8 polymorphes cristallins, 2 paires peuvent être identifiées (Ih, XI) et (III, IX) correspondant à la même topologie de base dans une version soit complètement désordonnée où il n'est pas possible de différencier entre donneur et accepteur (polymorphes Ih et III), soit au contraire dans une version complètement ordonnée où cette différentiation est possible (polymorphes XI et IX). On notera que le polymorphe XII, également désordonné, n'avaient pas d'équivalent ordonné jusqu'en 2006 où un nouveau type de glace noté XIV a pu être préparée par dopage à l'acide chlorhydrique et refroidissement (T = 80K) sous une pression de 1,2 GPa. On notera que les polymorphes Ih, Ic et XI sont formés uniquement d'empilement d'anneaux à 6 molécules (conformation chaise et bateau pour Ih ou XI et uniquement chaise pour Ic). Dans la glace II, les anneaux à 6 molécules sont quasiment plans et s'empilent différemment formant des anneaux plus grands à 8 et 10 molécules d'eau. Dans les glaces III et IX apparaissent des anneaux à 5 molécules d'eau qui s'empilent via d'autre cycles impliquant 7 et 8 molécules d'eau. Enfin dans les polymorphes XII et XIV on trouve des anneaux à 7 et 8 molécules d'eau formant des hélices le long de l'axe c du cristal. Les énergies des liaisons hydrogène dans les différents polymorphes ont été calculées au moyen du logiciel PACHA, logiciel dédié au calcul des faibles énergies d'interactions traitant la liaison hydrogène de manière non-empirique au moyen de concepts dérivés de la théorie quantique des champs.
Pour en savoir plus:
M. Henry, "Non-empirical quantification of molecular interactions in supramolecular assemblies", CHEMPHYSCHEM, 3, (2002) 561-569.
M. Henry, "Thermodynamics of hydrogen bond patterns in supramolecular assemblies of water molecules", CHEMPHYSCHEM, 3 (2002) 607-616.