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Miércoles, 2 agosto 2017
Física

Dos tipos distintos de agua a muy bajas temperaturas

El líquido que muchos consideran el más extraño de todos es incluso más inusual de lo que pensábamos. El agua líquida existe en dos formas diferentes, al menos a temperaturas muy bajas. Esta es la conclusión extraída de los experimentos de rayos X llevados a cabo en el DESY (Sincrotrón Alemán de Electrones) y en el Laboratorio Nacional de Argonne en Estados Unidos, por un equipo internacional de investigadores dirigido desde la Universidad de Estocolmo en Suecia.

 

Los científicos liderados por Anders Nilsson han estado estudiando el llamado hielo amorfo. Esta forma de agua congelada parecida al vidrio se conoce desde hace décadas. Es bastante rara en la Tierra y no nos la encontramos en nuestra vida cotidiana; sin embargo, la mayor parte del hielo de agua en el sistema solar existe en esta forma amorfa. En vez de formar un cristal sólido (como en un cubito de hielo sacado del congelador), el hielo adopta la forma de cadenas desordenadas de moléculas, más parecidas a la estructura interna del vidrio. El hielo amorfo puede producirse, por ejemplo, enfriando agua líquida tan rápidamente que las moléculas no tengan tiempo de formar una retícula cristalina.

 

Tal como señala Felix Lehmkühler, del equipo de investigación, el hielo amorfo existe en dos variedades: una de alta densidad y otra de baja densidad. A estas dos variedades se las denomina hielo amorfo de alta densidad (HDA, por sus siglas en inglés), y hielo amorfo de baja densidad (LDA). El primero es un 25 por ciento más denso que el segundo. Los científicos se han estado preguntando desde hace tiempo si estas dos variedades podrían corresponderse con variedades de agua líquida. Sin embargo, ello es muy difícil de medir, debido a la coexistencia de ambas formas, que se estarán mezclando constantemente entre sí y convirtiéndose una en la otra, y no hay forma de separarlas.

 

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Cuando el hielo HDA se convierte en hielo LDA al calentarse, su volumen crece de repente un 25 por ciento aproximadamente. (Fotos: Katrin Amann-Winkel/Filippo Cavalca, Stockholms universitet)

 

El citado equipo de científicos ha logrado ahora superar este obstáculo a bajas temperaturas. En un laboratorio de Estocolmo, Katrin Amann-Winkel preparó muestras extremadamente puras de hielo HDA. En el Laboratorio Nacional de Argonne, apreciaron que la estructura interna de este hielo cambió entre las temperaturas de 150 grados centígrados bajo cero y 140 bajo cero, convirtiéndose en una forma de menor densidad.

 

Los investigadores han observado la dinámica de este cambio de fase en la fuente de rayos X PETRA III del DESY. Han constatado que la transición tiene lugar a través de un estado líquido: primero, el hielo HDA se convierte en una forma líquida de alta densidad, después este líquido de alta densidad se convierte en una forma de menor densidad de agua líquida. Esto demuestra la existencia de las dos sospechadas variedades de agua líquida, al menos a muy bajas temperaturas. El agua a temperatura extremadamente baja es tan viscosa que las dos fases líquidas se transforman solo en la otra y se mezclan solo muy despacio, permitiendo que este proceso puede ser medido.

 

En definitiva, el agua puede existir como dos líquidos diferentes a temperaturas bajas donde la cristalización del hielo es lenta.

 

El descubrimiento de las dos variedades de agua no tiene consecuencias concretas para nuestra vida cotidiana. Pero es un importante paso hacia un mejor conocimiento de este extraordinario líquido. El agua puede parecer muy simple, pero se comporta de forma muy extraña en comparación con otros líquidos, tal como subraya Lehmkühler.

 

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