Utilizando láseres de rayos X, los investigadores de la Universidad de Estocolmo han podido seguir la transformación entre dos estados líquidos distintos del agua, ambos hechos de moléculas de H2O. A alrededor de -63 grados centígrados, los dos líquidos existen en diferentes regímenes de presión con undiferencia de densidad del 20%. Al variar rápidamente la presión antes de que la muestra se congelara, fue posible observar un líquido cambiando a otro en tiempo real. Sus hallazgos se publican en la revista ciencia .
El agua, tanto común como necesaria para la vida en la Tierra, se comporta de manera muy extraña en comparación con otras sustancias. La forma en que las propiedades del agua como la densidad, el calor específico, la viscosidad y la compresibilidad responden a los cambios de presión y temperatura es completamente opuesta a otros líquidos que nosotrosEn consecuencia, el agua a menudo se llama "anómala". Si el agua se hubiera comportado como un "líquido normal", no existiríamos, ya que la vida marina no podría haberse desarrollado. Sin embargo, sigue siendo una pregunta abierta: ¿qué causa estas anomalías?
Ha habido una serie de explicaciones a las extrañas propiedades del agua y una de ellas propone que el agua tiene la capacidad de existir como dos líquidos diferentes a presiones diferentes y a bajas temperaturas. Si pudiéramos mantener los dos líquidos enun vaso que separarían con una interfaz clara en el medio, como para el agua y el aceite. El agua ordinaria en nuestras condiciones ambientales es solo un líquido y no se vería ninguna interfaz en un vaso, pero a nivel molecular, fluctúa creando pequeñasregiones de densidad similar a los dos líquidos, provocando el comportamiento extraño del agua. El desafío ha sido que no ha sido posible ningún experimento a las temperaturas en las que los dos líquidos coexistirían ya que el hielo se formaría casi instantáneamente. Hasta ahora solo ha sido posiblepara investigar el agua en estas condiciones utilizando diferentes tipos de simulaciones por computadora, lo que ha llevado a muchos resultados contradictorios según el modelo utilizado.
"Lo que fue especial fue que pudimos tomar rayos X inimaginablemente rápido, antes de que el agua se congelara, y pudimos observar cómo un líquido se transformaba en otro", dice Anders Nilsson, profesor de física química en la Universidad de Estocolmo. "Durante décadas, ha habido especulaciones y diferentes teorías para explicar estas propiedades anómalas y por qué se vuelven más fuertes cuando el agua se enfría. Ahora hemos descubierto que los dos estados líquidos son reales y pueden explicar la rareza del agua ".
"He estudiado varias formas de hielos desordenados durante mucho tiempo con el objetivo de determinar si pueden considerarse un estado vidrioso que representa un líquido congelado", dice Katrin Amann-Winkel, investigadora principal en física química de la Universidad de Estocolmo ".Es un sueño hecho realidad ver que efectivamente representan líquidos reales y vemos la transformación entre ellos ".
"Trabajamos muy duro durante varios años para realizar mediciones de agua en condiciones de temperatura tan baja sin congelar y es muy gratificante ver el resultado", dice Harshad Pathak, investigador de física química en la Universidad de Estocolmo. "Muchos intentos sobre elSe ha hecho que el mundo busque los dos líquidos poniendo agua en pequeños compartimentos o mezclándola con otros compuestos, pero aquí podríamos seguirlo como agua pura simple ".
"Me pregunto si los dos estados líquidos como fluctuaciones podrían ser un ingrediente importante para los procesos biológicos en las células vivas", dice Fivos Perakis, profesor asistente de física química en la Universidad de Estocolmo. "El nuevo resultado puede abrir muchas nuevas direcciones de investigacióntambién sobre el agua en las ciencias biológicas ".
"Quizás una de las formas líquidas es más prominente para el agua en los poros pequeños dentro de las membranas utilizadas para desalinizar el agua", dice Marjorie Ladd Parada, Postdoctorado en la Universidad de Estocolmo. "Creo que el acceso al agua limpia será uno de los mayores desafíoscon el cambio climático. "
"Ha habido un intenso debate sobre el origen de las extrañas propiedades del agua durante más de un siglo desde los primeros trabajos de Wolfgang Röntgen", explica Anders Nilsson. "Los investigadores que estudian la física del agua ahora pueden decidirse por el modelo queel agua puede existir como dos líquidos en el régimen de sobreenfriamiento. La siguiente etapa es determinar si existe un punto crítico en el que los dos líquidos se cruzan para convertirse en un solo líquido, a medida que cambian la presión y la temperatura. Un gran desafío para los próximos años. "
El estudio se realizó en cooperación con la Universidad POSTECH en Corea, PAL-XFEL en Corea, el laboratorio nacional de aceleración SLAC en California, el Brooklyn College of the City University of New York en EE. UU. Y la St. Francis Xavier University en Canadá. Otras personasque contribuyeron al estudio incluyen miembros anteriores del grupo de Física Química de la Universidad de Estocolmo: Kyung Hwan Kim, Alexander Späh, Daniel Mariedahl, Tobias Eklund y Matthew Weston.
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Materiales proporcionado por Universidad de Estocolmo . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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