@Xxi Sinon, j'avoue que j'étais sidéré que vous ayez choisi d'essayer d'expliquer ce truc mais je n'ai pas réalisé de suite dans quelle direction ça allait, désolé!
@Xxi Pas tout à fait nulle quand même: les molécules n'arrêtent de gigoter qu'au zéro absolu. Elles vibrent un peu autour de la position d'énergie minimum. En translation et en rotation d'ailleurs. Ensuite, comme je l'ai déjà dit en passant, la glace ordinaire (dite Ih) n'est pas le minimum absolue d'énergie. On peut aller plus bas. mais les molécules gigotent trop pour l'atteindre dans des conditions normales ce point bas. Elles finissent frustrées!
@Xxi Il faut différencier deux types d'énergies. L'énergie cinétique des molécules: elle décroit quand la glace se forme comme vous venez de le dire. Leur énergie potentielle: c'est l'énergie due à leur interaction. En très gros, à très courte distance, c'est répulsif, càd que l'énergie augmente quand les molécules se rapprochent, et à plus longue distance, c'est attractif, càd que l'énergie augmente quand elles s'éloignent. Il y a donc un sweet spot entre les deux, et le problème c'est qu'avec un paquet de molécules, ce n'est pas facile de toutes les satisfaire en même temps. Il y a de la frustration (terme physique). Et pour finir, c'est la somme de l'énergie cinétique et de l'énergie potentielle qui doit être la plus basse possible. J'espère que je fais sens!
@Xxi L’énergie la plus basse.
@Xxi Calcul que l'on trouve sur la page Wikipedia en anglais sur la glace Ih (le petit nom de la glace ordinaire). Enfin, l'article ne dit pas exactement que c'est le calcul de Pauling mais ça y ressemble furieusement et il donne cette référence juste avant, donc… https://en.wikipedia.org/wiki/Ice_Ih#References
@Xxi Dis simplement, si on place une couche d'oxygène, et la suivante, les atomes d'hydrogène entre les deux ne peuvent pas satisfaire à la fois les angles tétraédriques et la symétrie hexagonale. D'où le désordre. Il y a même un petit calcul classique fait par Linus Pauling dans les années 30 qui prédit assez bien l'entropie que ce désordre ajoute. Bref, c'est compliqué!
@Xxi Pour finir de vous écoeurer, les atomes d'oxygène forme bien un crystal mais les atomes d'hydrogène sont légèrement désordonnés: les liaisons hydrogenes O — H ••• O ne sont pas exactement linéaires. 😏 Et il existe alors d'autres formes cristalline de la glace qui elles sont ordonnées, et donc énergétiquement plus favorables, mais qui ne sont pas atteintes sauf conditions très particulières, qui en gros ne sont réalisable qu'en labo.
@Xxi Latitude et longitude, c'est une image évidemment car l'ensemble des distances et angles intermoléculaires (ou de manière équivalente l'ensemble des positions des molécules) forme un espace de dimension largement supérieur à 2. Mais si on fixe tout sauf deux coordonnées par exemple, ce qu'on obtient est déjà très valloné, alors imaginer avec tous les paramètres!
@Xxi Il y a un prix Nobel à la clé si vous trouvez une réponse à ça! C'est un peu une boutade mais sérieusement, déterminer la maille cristalline à partir de la géométrie de la molécule est un problème non-résolu. On a des bribes de réponse mais c'est très très compliqué. Au final, c'est l'arrangement qui minimise l'énergie des liaisons hydrogène mais si on met en latitude et en longitude les distances et angles intermoléculaires, et en altitude l'énergie, le paysage qu'on obtient est plein de creux et de vallées séparées par des collines basses. La simple question de quel est le creux le plus bas est déjà difficile. Quant à prévoir dans quel creux la structure va finir par s'arrêter, c'est encore plus dur.
@Xxi Effectivement, vous en dites trop ou pas assez. Pour commencer, des liaisons chimiques avec une géométrie tétraédrique, ça peut aussi donner le diamant, qui n'est pas un système crystallin hexagonal mais cubique. C'est la question: pourquoi le graphite et pourquoi le diamant? En plus, l'image est trompeuse: les atomes d'oxygène ne sont pas dans un même plan. Impossible avec des angles tétraédriques. Ce qui est hexagonal, c'est la maille unité du cristal.
@Xxi Pour être clair, les angles des liaisons covalentes O-H et des liaisons hydrogène O-H sont tous tétraédriques. Alors qu'une molécule d'eau isolée a un angle de 104.5 degrés entre les O-H (et la longueur des liaisons est un chouilla plus courte mais je ne me souviens plus de combien).
@Xxi Angles tétraédriques. Géométrie différente de la molécule d'eau dans un gaz donc. Légèrement.
@Xxi Oui, ça sera très bien. Sinon, ça va faire une énorme disgression.
@Xxi Les liaisons hydrogène, c’est compliqué. Un truc que je connais bien en passant car c’est un sujet d’étude majeur en diffraction X sur les cristaux. Et c’est très important pour les protéines, les liaisons hydrogène entre molécules d’eau car elles forment des réseaux à l’intérieur et autour de la protéine, qui influencent ses propriétés chimiques.
@Xxi Et bon sang, il faudrait vraiment que je fasse attention à l'orthographe!!!
@Xxi J'avais déjà une idée floue de tout ça juste en me fondant sur ce que je connais de l'optique mais j'ai fait quelque recherche, et je suis tombé sur le papier ci-dessous. Il a confirmé ce que je pensais. Voir notamment les figures 2 et 3 (j'ai déjà partagé la 1ère si je me souviens bien). https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0034425720306453
@Xxi Le noyau, d'autres impuretés, etc. Mais ça fait déjà beaucoup à raconter!
@Xxi Une réflexion sur une face externe est possible évidemment. Mais peu probable. Pensez à une vitre: certes elle fait miroir mais l'image renvoyée est très peu lumineuse. On n'aurait jamais la brilliance de la neige juste avec les réflexions sur les faces externes. Notez qu'on peut même avoir plusieurs réflexions total dans un même cristal, ce qui peut faire un effet cataphote.
@Xxi Mais même sans ça, la direction sortante est quand même plutôt dans la direction entrante. Bref, sans réflexion totale, la lumière ne ressortirait pas de la couche de neige.
@Xxi En particulier, un truc dont je n'ai pas du tout parlé, c'est l'absorption. Il y a les fameux noyaux de condensation en particulier, qui ne sont pas transparent. On a un nombre de cristaux traversés limités si on veut que le rayon ne soit pas absorbé. Et pour que la réfraction ait une chance de faire remonter le rayon à elle seule, il faut un nombre énorme de cristaux à traverser.
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