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Viernes, 16 septiembre 2011
Física

Un estado sólido, otro gaseoso, ¿y dos estados líquidos?

Los resultados de una serie reciente de experimentos respaldan una controvertida teoría sobre el comportamiento del agua que podría ayudar a explicar algunos de sus misterios.

El agua es probablemente la sustancia más insólita de la Tierra, tal como valora Yang Zhang del equipo de investigación. El agua se comporta de modo muy diferente a como lo hacen otros materiales.

Todos los materiales experimentan transiciones de fase entre los estados básicos de la materia, sólido, líquido y gaseoso. En estas transiciones, las propiedades de un material pueden variar rápida y significativamente. Una teoría propuesta cerca de dos décadas atrás explica parte del insólito comportamiento del agua sugiriendo que puede ocurrir una transición similar entre dos estados líquidos diferentes. Según la teoría, en dicha transición la configuración de las moléculas de agua cambia de un modo que hace que los dos estados tengan densidades muy diferentes.

La nueva investigación, centrada en la estructura molecular del agua sometida a una gama amplia de presiones y temperaturas, aporta algunas evidencias de la existencia de esta transición líquido-líquido, aunque se necesitará investigar más antes de poderlo afirmar con rotundidad.

En los experimentos, Zhang (ahora en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge, Estados Unidos) varió gradualmente la presión, desde el valor de la presión atmosférica normal a nivel del mar (ó 1 bar) hasta unas 3.000 veces esa cantidad. La temperatura la varió en un rango de 170 grados centígrados. El científico encontró una diferencia en la densidad del agua al acercarse a la temperatura de transición pronosticada, desde direcciones opuestas, como afirma la teoría.

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Resulta relativamente fácil producir agua superenfriada que permanece en estado líquido por debajo del punto de congelación normal. El agua también puede ser supercalentada hasta muy por encima del punto de ebullición, comenzando de repente a hervir globalmente sólo si es perturbada del modo apropiado. Tanto en la congelación como en la ebullición, el agua generalmente necesita un punto de nucleación, es decir una burbuja o algo comparable, para que se inicie el cambio de fase.

Estos nuevos resultados podrían tener repercusiones importantes en campos que van desde la biología hasta la construcción, debido a que el comportamiento del agua influye en muchos procesos importantes.

Sow-Hsin Chen, profesor del Departamento de Ciencia e Ingeniería Nuclear del MIT, considera que el hecho de que la mayor parte de los organismos vivos no parece ser capaz de revivir después de experimentar temperaturas más frías que 45 grados centígrados bajo cero, se explica por la transición del agua hacia un estado de menor densidad, que impide que funcionen apropiadamente las proteínas, imprescindibles para el metabolismo de los organismos vivos.

Esta diferencia de densidad también podría ejercer un papel importante en el sector de la construcción, porque el hormigón contiene diminutas cantidades de agua que pueden causar que en edificios y carreteras de regiones polares aparezcan grietas severas cuando las temperaturas descienden por debajo de esos 45 grados bajo cero. Si la teoría es correcta, esta temperatura crítica puede establecer una limitación fundamental para organismos y para construcciones de hormigón.


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