Es un hecho bien conocido que el agua, al nivel del mar, comienza a hervir a una temperatura de 212 grados Fahrenheit, o 100 grados Celsius. Y los científicos han observado durante mucho tiempo que cuando el agua está confinada en espacios muy pequeños, hierve y se congelalos puntos pueden cambiar un poco, generalmente cayendo alrededor de 10 C más o menos.
Pero ahora, un equipo del MIT ha encontrado un conjunto de cambios completamente inesperado: dentro de los espacios más pequeños, en nanotubos de carbono cuyas dimensiones internas no son mucho más grandes que unas pocas moléculas de agua, el agua puede congelarse incluso a altas temperaturaseso normalmente lo haría hervir.
El descubrimiento ilustra cómo incluso materiales muy familiares pueden cambiar drásticamente su comportamiento cuando quedan atrapados dentro de estructuras medidas en nanómetros, o billonésimas de metro. Y el hallazgo podría conducir a nuevas aplicaciones, como, esencialmente, cables llenos de hielo.que aprovechan las propiedades eléctricas y térmicas únicas del hielo mientras permanecen estables a temperatura ambiente.
Los resultados se informan en la revista Nanotecnología de la naturaleza en un documento de Michael Strano, el profesor de Ingeniería Química Carbon P. Dubbs en el MIT; postdoc Kumar Agrawal; y otros tres.
"Si confina un fluido a una nanocavidad, puede distorsionar su comportamiento de fase", dice Strano, refiriéndose a cómo y cuándo cambia la sustancia entre las fases sólida, líquida y gaseosa. Se esperaban tales efectos, pero la enorme magnituddel cambio y su dirección elevar en lugar de bajar el punto de congelación fueron una sorpresa completa: en una de las pruebas del equipo, el agua se solidificó a una temperatura de 105 C o más la temperatura exacta es difícil de determinar,pero 105 C se consideró el valor mínimo en esta prueba; la temperatura real podría haber sido tan alta como 151 C.
"El efecto es mucho mayor de lo que nadie había previsto", dice Strano.
Resulta que la forma en que el comportamiento del agua cambia dentro de los diminutos nanotubos de carbono, estructura la forma de una pajita de soda, hecha completamente de átomos de carbono pero con solo unos pocos nanómetros de diámetro, depende de manera crucial del diámetro exacto de los tubos."Estas son realmente las tuberías más pequeñas que se te ocurran", dice Strano. En los experimentos, los nanotubos se dejaron abiertos en ambos extremos, con depósitos de agua en cada abertura.
Los investigadores encontraron que incluso la diferencia entre los nanotubos de 1.05 nanómetros y 1.06 nanómetros de diámetro marcó una diferencia de decenas de grados en el punto de congelación aparente. Estas diferencias extremas fueron completamente inesperadas. "Todas las apuestas se cancelan cuando te vuelves realmente pequeño", Stranodice: "Es realmente un espacio inexplorado".
En esfuerzos anteriores para comprender cómo se comportarían el agua y otros fluidos cuando se limitara a espacios tan pequeños, "hubo algunas simulaciones que mostraron resultados realmente contradictorios", dice. Parte de la razón es que muchos equipos no pudieronmida los tamaños exactos de sus nanotubos de carbono con tanta precisión, sin darse cuenta de que diferencias tan pequeñas podrían producir resultados tan diferentes.
De hecho, es sorprendente que el agua incluso entre en estos pequeños tubos en primer lugar, dice Strano: se cree que los nanotubos de carbono son hidrófobos o repelentes al agua, por lo que las moléculas de agua deberían tener dificultades para entrar. El hecho de quesí ganan la entrada sigue siendo un misterio, dice.
Strano y su equipo utilizaron sistemas de imágenes altamente sensibles, utilizando una técnica llamada espectroscopía vibracional, que podía rastrear el movimiento del agua dentro de los nanotubos, haciendo que su comportamiento esté sujeto a mediciones detalladas por primera vez.
El equipo puede detectar no solo la presencia de agua en el tubo, sino también su fase, dice: "Podemos saber si es vapor o líquido, y podemos saber si está en una fase rígida". Mientras que el agua definitivamenteentra en una fase sólida, el equipo evita llamarlo "hielo" porque ese término implica un cierto tipo de estructura cristalina, que aún no han podido demostrar que existe de manera concluyente en estos espacios confinados. "No es necesariamente hielo, pero esuna fase similar al hielo ", dice Strano.
Debido a que esta agua sólida no se derrite hasta muy por encima del punto de ebullición normal del agua, debe permanecer perfectamente estable indefinidamente en condiciones de temperatura ambiente. Eso lo convierte en un material potencialmente útil para una variedad de posibles aplicaciones, dice.Por ejemplo, debería ser posible hacer "cables de hielo" que estarían entre los mejores portadores conocidos para protones, porque el agua conduce protones al menos 10 veces más fácilmente que los materiales conductores típicos ". Esto nos da cables de agua muy estables, a temperatura ambiente.," él dice.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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