Cooperative hydrogen bonding and structural instability in water

We propose a model for liquid water in which the bonding states of each molecule are represented by a 5-level equivalent system. The structural effects are taken into account in a theoretical approach of the « mean-field » type, the mean-field (internal pressure) being supposed to decrease when the number of 4-bonded molecules increases. The model predicts the dependence of several thermodynamical parameters on T and P, and the existence of a structural stability limit which implies a divergence of α P, βT and Cp in the supercooled state. The existence of a structural critical point is discussed.Resumé. — Dans le modèle proposé, les états de liaison de chaque molécule sont représentés par un système équivalent à cinq niveaux. Les effets structuraux sont pris en compte dans une approche théorique du type « champ moyen », le champ moyen (pression interne) étant supposé décroître en fonction du nombre de molécules à quatre liaisons. Le modèle prévoit le comportement en fonction de P et T de nombreuses grandeurs thermodynamiques mesurées, et l'existence d'une limite de stabilité structurale qui implique une divergence de αP, βT et CP dans l'eau surfondue. L'existence d'un point critique structural est discutée