¿Cómo se forma el hielo? Sorprendentemente, la ciencia no ha respondido completamente esa pregunta. Las diferencias en la formación de hielo en varias superficies aún no se comprenden bien, pero los investigadores de hoy explicarán su hallazgo de que los arreglos que los átomos de la superficie imponen a las moléculas de agua sonla clave. El trabajo tiene implicaciones para prevenir la formación de hielo donde no se desea parabrisas, líneas eléctricas y para promover la formación de hielo donde está conservación de alimentos u órganos. Los resultados también podrían ayudar a mejorar la predicción del clima.
Los investigadores presentarán sus hallazgos hoy en la Reunión y Exposición Nacional de Otoño de la American Chemical Society ACS de otoño de 2019.
"Descubrimos que si observamos la estructura del agua líquida donde entra en contacto con la superficie, podemos comenzar a comprender y predecir si una superficie determinada promoverá o inhibirá la formación de hielo", dice Sapna Sarupria, Ph.D., del proyectoinvestigador principal. "Estamos trabajando con colaboradores para utilizar esta información para comprender mejor el papel del hielo en el clima y diseñar superficies que sean buenas o malas para la formación de hielo. ¿No sería genial tener un parabrisas que no¿dejar que el hielo se pegue en invierno? "
El equipo de Sarupria usa computadoras para estudiar simulaciones moleculares de superficies y formación de hielo. A diferencia del mundo real más desordenado, esta configuración controlada le da la capacidad de examinar el impacto de un cambio en un solo parámetro de superficie, o incluso solo un átomo,Los investigadores luego correlacionan los hallazgos con los de los experimentadores que trabajan con materiales del mundo real, incluido el yoduro de plata o minerales como la mica y la caolinita. El yoduro de plata es tan efectivo para promover la formación de hielo que se utiliza para la siembra de nubes para estimularlluvia durante las sequías.
La formación de hielo, o nucleación, ocurre cuando el agua líquida experimenta una transición de fase a agua sólida. El agua también puede experimentar otras transiciones de fase, como cambiar de hielo a líquido o vapor. Si estas transiciones tienen lugar en las nubes,pueden formar gotas de lluvia y nieve. "Cuando quieres predecir el clima, necesitas saber cómo ocurren estas transiciones de fase, y esa es esencialmente una pregunta abierta", dice Sarupria, quien está en la Universidad de Clemson. A menudo estos cambios ocurren en presenciade partículas como el polvo mineral en la atmósfera. El tipo y la cantidad de polvo determinan el tipo de precipitación que ocurre ". Estamos tratando de entender cómo las diferentes superficies de partículas de polvo afectan la transición del agua del líquido a la fase sólida en las nubes," ella dice.
Buena vieja H 2 O es solo eso: un oxígeno unido a dos hidrógenos. Esos hidrógenos son atraídos a algunas superficies más que a otras, y eso afecta cómo las moléculas de agua se orientan en una superficie. Su disposición con respecto a los átomos de la superficie en las partículas de polvo y en relación conEl equipo de Sarupria descubrió que otras moléculas de agua son en realidad el factor más importante en la formación de hielo. Este hallazgo también explica por qué el yoduro de plata es un nucleador tan bueno. Primero, sus átomos de superficie están dispuestos de manera similar a la disposición de las moléculas de agua enhielo, por lo que es una plantilla efectiva. En segundo lugar, la carga positiva del ion plata y la carga negativa del yodo orientan los hidrógenos y los oxígenos del agua líquida de la manera correcta para que forme una estructura de hielo ". Las distancias entre los átomos,y este arreglo de cargas, es muy importante para que el yoduro de plata sea un nucleador ", dice Sarupria.
Los investigadores ahora están colaborando con los experimentadores que estudian los fenómenos atmosféricos para ayudarlos a explicar sus resultados. "Si podemos modelar estos fenómenos, podremos comprender mejor el papel del hielo en el clima", explica.
Sarupria también está aplicando su comprensión de la estructura del agua para diseñar superficies que pueden promover o inhibir la formación de hielo. Por ejemplo, para evitar daños durante el almacenamiento de alimentos o la crioconservación de órganos, alguien en el futuro podría usar el nuevo conocimiento para formar hielo a temperaturasmás cerca de 32 F, el punto de congelación del agua, en lugar de a temperaturas más bajas. Esto podría hacerse modificando la superficie del empaque o agregando moléculas a la solución para la criopreservación ". En otros casos, como parabrisas y líneas eléctricas, ustedpuede que no quiera que se forme hielo ", dice Sarupria." Así que estamos tratando de descubrir cómo hacer revestimientos o superficies que no permitan que se forme hielo, o si se forma, eso no lo dejará pegarse ". Su equipoTambién está tratando de entender cómo las proteínas anticongelantes naturales ayudan a los peces y otros organismos a sobrevivir en condiciones frías. "En última instancia, ya sean estas proteínas o partículas de polvo, todo se reduce a cómo afectan la estructura del agua", dice.usa este información para crear un parámetro que pueda ayudarnos a detectar rápidamente las superficies para determinar su capacidad de nucleación de hielo ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Sociedad Americana de Química . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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