Monohydrate de méthanol

La formule chimique du monohydrate de méthanol est CH₃OH·H₂O, soit une molécule de méthanol pour une molécule d'eau. Un analogue perdeutéré, de formule CD₃OD·D₂O, a été créé pour étudier sa structure^[4]. Celle-ci est de type « casier à bouteille » et orthorhombique^[2].

Le comportement contre-intuitif de ce cristal s'explique par cette structure et les liaisons chimiques entre les atomes des molécules d'eau et de méthanol. Les atomes d'oxygène de l'eau (en rouge sur la figure ci-contre) forment un réseau (liaisons rouges) sur lequel les atomes d'hydrogène du méthanol (en gris) forment des ponts par des liaisons hydrogène (en tirets gris sur la figure ci-contre). Lorsque la température augmente, la longueur de ces liaisons diminue, d'où une rétractation du cristal ; lorsque la pression augmente, la longueur de ces liaisons augmente, d'où la dilatation du cristal^{[1],[2],[3],[4]}.

Le volume de la plupart des matériaux se dilate dans toutes les directions lorsqu'on les chauffe et se contracte dans toutes les directions lorsqu'on les comprime, ils sont isotropes^[1]. Le monohydrate de méthanol montre un comportement inverse dans certaines directions. Lorsqu'on le chauffe à pression constante, il se dilate fortement dans une direction et se contracte dans les deux autres. Lorsqu'il est comprimé à température constante, il se contracte dans une direction et se dilate dans les deux autres, les mêmes que celles dans lesquelles il se contracte lors d'une chauffe, il s'agit d'un cristal auxétique^[2],[3],[1]. Le comportement de ce matériau étant différent selon la direction observée, il est anisotrope.

Soit, pour une direction donnée :

• ${\displaystyle L}$ la longueur du cristal dans cette direction ;
• ${\displaystyle T}$ la température ;
• ${\displaystyle P}$ la pression ;
• ${\displaystyle \alpha ={1 \over L}\left({\partial L \over \partial T}\right)_{P}}$ son coefficient de dilatation thermique isobare linéique dans cette direction ;
• ${\displaystyle \chi _{T}=-{1 \over L}\left({\partial L \over \partial P}\right)_{T}}$ son coefficient de compressibilité isotherme linéique dans cette direction.

Tout matériau possède donc trois coefficients de dilatation thermique et trois coefficients de compressibilité.

Pour la plupart des matériaux les coefficients sont positifs dans toutes les directions, soit ${\displaystyle \alpha >0}$ et ${\displaystyle \chi _{T}>0}$ dans toutes les directions. Le monohydrate de méthanol présente une direction dans laquelle la dilatation thermique et la compressibilité sont simultanément positives et deux directions dans lesquelles elles sont simultanément négatives, soit ${\displaystyle \alpha <0}$ et ${\displaystyle \chi _{T}<0}$ dans ces directions^[2],[3].