Los químicos descubren el punto de congelación del agua sobreenfriada

Es fácil imaginar que el agua debe ser uno de los materiales mejor comprendidos en la ciencia. Después de todo, este líquido es posiblemente la sustancia mejor estudiada de la Tierra. Pero la verdad es que muchas de sus propiedades aún desconciertan a los científicos.

Un acertijo sin resolver es su punto de congelación. Los científicos saben desde hace muchos años que se puede enfriar agua líquida muy por debajo de cero grados centígrados sin que se congele. Eso es porque el agua necesita algún evento de nucleación para desencadenar el proceso de formación de hielo. Sin nucleación de hielo, permanece líquido.

Pero, ¿qué tan bajo puedes llegar?



Hoy, tenemos una especie de respuesta gracias al trabajo de Emily Moore y Valeria Molinero en la Universidad de Utah en Salt Lake City.

Parte del problema es que los experimentos para medir la temperatura de congelación son tan difíciles de realizar que nadie los ha logrado. Pero la evidencia apunta a la probabilidad de que los cristales de hielo comiencen a formarse de todos modos a temperaturas de aproximadamente -41 C.

El agua sobreenfriada debe congelarse alrededor de esta temperatura, pero nadie ha logrado medirla porque siempre comienza a congelarse antes.

Moore y Molinero solucionan este problema simulando el comportamiento de congelación de más de 250.000 moléculas de agua en una computadora. Lo que encuentran es que una vez que comienza a ocurrir el proceso natural de formación de hielo, el agua no puede permanecer líquida a temperaturas mucho más bajas.

De hecho, su simulación indica que el punto de congelación natural del agua sobreenfriada es de aproximadamente -43 C, justo por debajo de la temperatura a la que se forman los cristales de hielo de forma natural. Eso es lo que se esperaba, pero la simulación también brinda nuevos conocimientos sobre la forma en que se produce esta congelación.

En este estado, el agua es una mezcla de hielo de baja densidad y moléculas de agua que están a punto de convertirse en hielo, lo que los químicos llaman cuatro coordinadas, lo que significa que cada molécula está ligada a otras cuatro. La estructura de cuatro aguas coordinadas parece tener un impacto importante en la velocidad a la que se puede formar el hielo y esto es lo que determina el punto de congelación.

Sin embargo, hay una salvedad importante. Las simulaciones requieren una corrección importante antes de producir un resultado físicamente realista. Por alguna razón, sugieren que la formación natural de hielo comienza a ocurrir a aproximadamente -71 C y que el agua superenfriada se congela a aproximadamente -73 C.

Eso es 30 grados más bajo que en el mundo real. Para evitar esto, Moore y Molinero simplemente agregan 30 grados a todos sus resultados. No está claro por qué la simulación ha perdido tanta importancia.

Sin embargo, si el trabajo es válido, podría tener un impacto importante en otras áreas de la ciencia.

La temperatura a la que se congela el agua sobreenfriada es un factor importante en la formación de nubes. Y los pequeños cambios en este proceso, cuando se introducen en los modelos de cambio climático, pueden tener un gran impacto en las predicciones sobre el futuro de la Tierra.

Aún no está claro exactamente cómo los nuevos números cambiarán las predicciones climáticas. Y, por supuesto, los climatólogos querrán una mejor evidencia que una simulación por computadora ligeramente torcida. Pero es un paso adelante decente y vale la pena estar atento a su influencia en otras áreas de la ciencia.

Ref: arxiv.org/abs/1107.1622: La transformación estructural en agua superenfriada controla la tasa de cristalización del hielo

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