Una colaboración entre científicos de Cambridge y UCL ha llevado al descubrimiento de una nueva forma de hielo que se parece más al agua líquida que cualquier otra y puede ser la clave para comprender este líquido, el más famoso.
La nueva forma de hielo es amorfa. A diferencia del hielo cristalino ordinario donde las moléculas se organizan en un patrón regular, en el hielo amorfo las moléculas están en una forma desorganizada que se asemeja a un líquido.
En este trabajo, publicado en Ciencia, el equipo creó una nueva forma de hielo amorfo en un experimento y logró un modelo a escala atómica en simulación por computadora. Los experimentos utilizaron una técnica llamada molienda de bolas, que muele hielo cristalino en pequeñas partículas utilizando bolas de metal en un recipiente de acero. El molino de bolas se usa regularmente para fabricar materiales amorfos, pero nunca se había aplicado al hielo.
El equipo descubrió que la molienda de bolas creaba una nueva forma amorfa de hielo que, a diferencia de todos los demás hielos conocidos, tenía una densidad similar a la del agua líquida y cuyo estado se asemejaba al agua en forma sólida. Llamaron al nuevo hielo hielo amorfo de densidad media (MDA).
Para comprender el proceso a escala molecular, el equipo empleó simulación computacional. Al imitar el procedimiento de molienda de bolas a través del corte aleatorio repetido de hielo cristalino, el equipo creó con éxito un modelo computacional de MDA.
«Nuestro descubrimiento de MDA plantea muchas preguntas sobre la naturaleza misma del agua líquida, por lo que es muy importante comprender la estructura atómica precisa de MDA», comenta el coautor, el Dr. Michael Davies, quien llevó a cabo el modelado computacional. «Encontramos notables similitudes entre la MDA y el agua líquida».
un medio feliz
Se ha sugerido que los hielos amorfos son modelos para agua líquida. Hasta ahora, ha habido dos tipos principales de hielo amorfo: hielo amorfo de alta densidad y hielo amorfo de baja densidad.
Como sugieren los nombres, hay una gran brecha de densidad entre ellos. Esta brecha de densidad, combinada con el hecho de que la densidad del agua líquida se encuentra en el medio, ha sido la piedra angular de nuestra comprensión del agua líquida. Ha llevado en parte a la sugerencia de que el agua consta de dos líquidos: uno de alta y otro de baja densidad.
El autor principal, el profesor Christoph Salzmann, dijo: «La sabiduría aceptada ha sido que no existe hielo dentro de esa brecha de densidad. Nuestro estudio muestra que la densidad de MDA está precisamente dentro de esta brecha de densidad y este hallazgo puede tener consecuencias de gran alcance para nuestra comprensión de líquido el agua y sus muchas anomalías».
Un material geofísico de alta energía
El descubrimiento de MDA da lugar a la pregunta: ¿dónde podría existir en la naturaleza? En este estudio, se descubrió que las fuerzas de corte son clave para crear MDA. El equipo sugiere que el hielo ordinario podría sufrir fuerzas de corte similares en las lunas de hielo debido a las fuerzas de marea ejercidas por gigantes gaseosos como Júpiter.
Además, MDA muestra una propiedad notable que no se encuentra en otras formas de hielo. Usando calorimetría, descubrieron que cuando la MDA se recristaliza en hielo ordinario, libera una cantidad extraordinaria de calor. El calor liberado por la recristalización de MDA podría desempeñar un papel en la activación de los movimientos tectónicos. En términos más generales, este descubrimiento muestra que el agua puede ser un material geofísico de alta energía.
El profesor Angelos Michaelides, autor principal de Cambridge, dijo: «Se dice que el hielo amorfo en general es la forma de agua más abundante en el universo. Ahora ha comenzado la carrera para comprender cuánto es MDA y qué tan geofísicamente activa es la MDA. .»
