No encontrará cubitos de hielo como este en su congelador.
Un equipo internacional de científicos ha establecido un nuevo récord para crear cristales de hielo que tienen una disposición cúbica casi perfecta de moléculas de agua, una forma de hielo que puede existir en las nubes más frías de gran altitud pero es extremadamente difícil de hacerTierra.
La capacidad de hacer y estudiar hielo cúbico en el laboratorio podría mejorar los modelos informáticos de cómo las nubes interactúan con la luz solar y la atmósfera, dos claves para comprender el cambio climático, dijo Barbara Wyslouzil, líder del proyecto y profesora de ingeniería química y biomolecular en TheUniversidad del Estado de Ohio.
También podría mejorar nuestra comprensión del agua, una de las moléculas más importantes para la vida en nuestro planeta.
Visto bajo un microscopio, el hielo de agua normal, desde estanques congelados, hasta nieve, hasta el hielo que hacemos en casa, está hecho de cristales con simetría hexagonal, explicó Wyslouzil. Pero con solo un ligero cambio en la forma en que el aguaLas moléculas están dispuestas en hielo, los cristales pueden tomar una forma cúbica.
Hasta ahora, los investigadores han utilizado la presencia de nubes frías de hielo cúbico muy por encima de la superficie de la Tierra para explicar halos interesantes observados alrededor del sol, así como la presencia de cristales de hielo triangulares en la atmósfera. Los científicos han luchado durante décadas para hacer hielo cúbicoen el laboratorio, pero debido a que la forma cúbica es inestable, lo más cerca que alguien ha estado es de hacer cristales híbridos que sean alrededor del 70 por ciento cúbico, 30 por ciento hexagonal.
En un artículo publicado en el Revista de Cartas de Química Física , Wyslouzil, el investigador asociado de investigación Andrew Amaya y sus colaboradores describen cómo pudieron crear gotas de agua congeladas que eran casi un 80 por ciento cúbicas.
"Si bien el 80 por ciento podría no sonar 'casi perfecto', la mayoría de los investigadores ya no creen que se pueda obtener hielo cúbico puro al 100 por ciento en el laboratorio o en la naturaleza", dijo. "Entonces la pregunta es, ¿qué tan cúbico podemos hacerlo?con la tecnología actual? Experimentos anteriores y simulaciones por computadora observaron hielo que es aproximadamente un 75 por ciento cúbico, pero lo hemos excedido ".
Para hacer el hielo altamente cúbico, los investigadores extrajeron nitrógeno y vapor de agua a través de boquillas a velocidades supersónicas. Cuando el gas se expandió, se enfrió y formó gotitas cien mil veces más pequeñas que la gota de lluvia promedio. Estas gotitas estaban muy sobreenfriadas, lo que significa queeran líquidos muy por debajo de la temperatura de congelación habitual de 32 grados Fahrenheit 0 grados Celsius. De hecho, las gotas permanecieron líquidas hasta aproximadamente -55 grados Fahrenheit alrededor de -48 grados Celsius y luego se congelaron en aproximadamente una millonésima de segundo.
Para medir la cubicidad del hielo formado en la boquilla, los investigadores realizaron experimentos de difracción de rayos X en la Fuente de Luz Coherente Linac LCLS en el Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC en Menlo Park, CA. Allí, golpearon las gotitas con elláser de rayos X de alta intensidad de LCLS y registró el patrón de difracción en una cámara de rayos X. Vieron anillos concéntricos a longitudes de onda e intensidades que indicaban que los cristales eran alrededor del 80 por ciento cúbico.
Las temperaturas extremadamente bajas y la congelación rápida fueron cruciales para formar hielo cúbico, dijo Wyslouzil: "Dado que las gotas de agua líquida en las nubes de gran altitud suelen estar sobreenfriadas, hay una buena posibilidad de que se forme hielo cúbico allí".
Actualmente, se desconoce exactamente por qué era posible fabricar cristales con alrededor del 80 por ciento de cubicidad. Pero, una vez más, también se desconoce exactamente cómo se congela el agua a nivel molecular.
"Cuando el agua se congela lentamente, podemos pensar que el hielo se construye a partir de moléculas de agua de la misma manera que se construye una pared de ladrillos, un ladrillo encima del otro", dijo Claudiu Stan, investigador asociado en el Stanford PULSE Institute en SLACy socio en el proyecto ". Pero la congelación en nubes de gran altitud ocurre demasiado rápido para que ese sea el caso; en cambio, se podría pensar que la congelación comienza desde una pila desordenada de ladrillos que se reorganiza apresuradamente para formar una pared de ladrillos, posiblementeque contiene defectos o tiene una disposición inusual. Este tipo de proceso de fabricación de cristales es tan rápido y complejo que necesitamos equipos sofisticados para comenzar a ver lo que está sucediendo. Nuestra investigación está motivada por la idea de que en el futuro podemos desarrollar experimentos quenos dejará ver cristales a medida que se forman "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Ohio . Original escrito por Pam Frost Gorder. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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