Hallan pruebas de que el agua consiste en dos tipos de líquidos

"Para que nuestros ríos lleguen sanos al mar"

El Agua

La idea, formulada hace casi tres décadas, nunca había podido ser demostrada en laboratorio

A temperaturas muy frías, el agua muestra un comportamiento muy extraño. Para empezar, y contra toda lógica, al enfriarse el agua de expande en vez de contraerse (por eso el hielo flota). El agua fría, además, resulta más difícil de comprimir que la más caliente. Y para colmo, al congelarse, sus moléculas se pueden organizar de varias formas distintas.

Resulta difícil encontrar explicaciones para todo esto, y las que hay están sujetas a polémicas y agrias controversias científicas. Una de ellas, propuesta hace casi tres décadas, es la idea de que el agua muy fría puede existir en dos formas líquidas distintas, una menos densa y estructurada que la otra. En otras palabras, podría haber dos clases de agua, y cada una de ellas sería un líquido distinto. Comprobarlo en laboratorio resulta difícil, pero un equipo de investigadores italianos y estadounidenses acaba de hallar una fuerte evidencia de que podría realmente ser así. El trabajo se acaba de publicar en la revista Science.

En su estudio, Pablo Debenedetti y Gül H. Zerze, de la Universidad de Princeton, y Francesco Sciortico, de la de La Sapienza, en Roma, sugieren que el "segundo punto crítico del agua" tiene lugar a temperaturas de entre -83 y -100 grados y a una presión atmosférica casi 2.000 veces mayor de la que hay al nivel del mar. Un punto crítico es un valor único de temperatura y presión en el que dos fases de la materia se vuelven indistinguibles, y ocurre justo antes de que la materia pase de una fase a otra. El agua, por ejemplo, tiene un punto crítico bien conocido al pasar de líquido a vapor.

"Pueden imaginar nuestra alegría cuando empezamos a ver las fluctuaciones críticas comportándose exactamente como se suponía que debían hacerlo -explica Sciortino-. Ahora puedo dormir tranquilo, porque después de 25 años, mi idea original ha sido confirmada".

Hasta ahora, los experimentos que utilizan moléculas de agua reales para probar si existe un segundo punto crítico de "superenfriamiento" no han conseguido aportar pruebas inequívocas de su existencia. Según Debenedetti esto es así debido en gran parte a la tendencia del agua sobreenfriada a convertirse en hielo.

Por eso, en esta ocasión los investigadores decidieron recurrir a modelos de ordenador. Podemos hacernos una idea de la dificultad de simular el proceso si pensamos que, a pesar de la tremenda potencia de los superordenadores actuales, se necesitaron 18 meses completos de cálculos para llevar a cabo la simulación.

En las simulaciones, y a medida que las temperaturas bajaban mucho más allá del punto de congelación, la densidad del agua empezó a mostrar grandes fluctuaciones. Al final, los científicos consiguieron detectar el punto crítico que buscaban en dos modelos informáticos diferentes del agua. En cada modelo sometieron las moléculas de agua a dos enfoques computacionales diferentes, y ambos tuvieron éxito al hallar el tan deseado segundo punto crítico del agua.

Como sucede en el paso de la fase líquida a la de vapor, las dos fases del agua superenfriada suceden porque la forma de las moléculas de agua puede inducir a dos maneras distintas de unirse, o empaquetarse. De este modo, en el líquido de menor densidad, cuatro moléculas se agrupan alrededor de una quinta molécula central en una forma geométrica llamada tetraedro. En el líquido de mayor densidad, sin embargo, entra en juego una sexta molécula, lo que tiene el efecto de aumentar la densidad.

En su artículo, los investigadores escriben que "al sondear los límites de lo que es computacionalmente posible en la actualidad en esta área, proporcionamos una evidencia clara de la presencia de un punto crítico metaestable en la región profundamente sobreenfriada de las dos moléculas de agua".

Naturalmente, el hallazgo deberá ser confirmado ahora por otros experimentos "que utilicen medios aún más precisos y computacionalmente más caros".

Fuente:

José Manuel Nieves

Julio, 2020