Nuevo Descubrimiento sobre las Propiedades del Agua

Por: Olivier Alirol, Físico e investigador de Resonance Science Foundation

El agua es una de las moléculas más básicas que podemos encontrar en el Universo, pero esta diminuta molécula sigue guardando algunos secretos interesantes. Su física podría ser muy sorprendente.  Entre sus diversas propiedades, el agua puede existir en tres estados diferentes, ya sea como hielo sólido, agua líquida o gas de vapor. Pero este conocimiento común podría cambiar en un futuro próximo. Un equipo de investigadores de la Universidad de Estocolmo (Suecia) ha encontrado una nueva forma líquida del agua con una densidad diferente.

Las moléculas de agua están polarizadas y existe una especie de red dinámica entre estas moléculas. Se ha postulado que la red de enlaces de hidrógeno del agua puede existir en dos formas líquidas de distinta densidad, a saber, agua líquida de alta y baja densidad. En los últimos trabajos se han simulado estas formas, pero aún faltaban pruebas experimentales directas. Además, también se planteó la hipótesis de que las formas de hielo amorfo de alta y baja densidad observadas son las contrapartes vítreas de estos dos líquidos. Se han comunicado observaciones similares de transiciones al estudiar el agua confinada en cristales de proteínas y soluciones acuosas, que indican la ocurrencia de la transición entre dos estados líquidos viscosos del agua. Sin embargo, existen pruebas contradictorias de que la transición implica varias formas intermedias.

Montaje de difracción de rayos X coherente. (A) La geometría experimental de dispersión que se utilizó emplea dos detectores. (B) El patrón de dispersión permite distinguir las formas de alta y baja densidad. (C) El patrón de dispersión registrado en otra geometría se utiliza para extraer la dinámica.

En un reciente artículo, investigadores de la Universidad de Estocolmo han realizado interesantes avances en el estudio del agua líquida. Trabajaron en la debatida cuestión de la transición entre los dos estados líquidos y aportaron más pruebas del fenómeno. En sus últimos experimentos, combinaron la dispersión de rayos X de ángulo amplio con la espectroscopia de correlación de fotones de rayos X para sondear las propiedades estructurales y dinámicas durante la transición de alta a baja densidad en el hielo amorfo a 1 bar.

"La nueva propiedad destacable es que descubrimos que el agua puede existir como dos líquidos diferentes a bajas temperaturas donde la cristalización del hielo es lenta".-Anders Nilson, Universidad de Estocolmo

Mediante el análisis del factor de estructura y la función de distribución radial, demostraron que se observa la coexistencia de dos dominios estructuralmente distintos a T = 125 K. Estudiaron tanto la dinámica del momentum en el espacio  como la relajación estructural en la escala de longitud nanométrica. El equipo observó que por encima de 110 K aparece un componente más rápido y fuertemente dependiente de la temperatura, con una dependencia de la transferencia del momentum que apunta a la difusión a nanoescala.

Las consecuencias de estos nuevos resultados podrían ser muy importantes. Una mejor comprensión de las propiedades del agua ayudará a los investigadores en muchos campos, como el desarrollo de mejores procesos de purificación y desalinización o una mejor comprensión de cómo evoluciona la vida en el agua.

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