Demuestran que el agua se mantiene líquida a 43 grados bajo cero.
El trabajo con participación de un equipo del CSIC arroja luz a la
investigación de las anómalas propiedades del H2O. Los experimentos
proporcionan información valiosa sobre la red de puentes de hidrógeno en
el agua líquida subenfriada.
¿Hasta qué punto es posible enfriar el agua sin que se congele? Es una
pregunta que los científicos que estudian las propiedades anómalas del
H2O, que pueden afectar al clima y que han sido clave en preservar la
vida en el planeta, se han hecho muchas veces. Un equipo con
participación de investigadores del Consejo Superior de Investigaciones
Científicas (CSIC) ha arrojado luz a esta cuestión al demostrar que el
agua líquida pura puede existir a 43 grados bajo cero, el mínimo
alcanzado hasta ahora. Los resultados aparecen publicados en el último
número de la revista Physical Review Letters.
El agua tiene unas propiedades anómalas, como por ejemplo, su densidad,
que es máxima a 4°C, o el hecho de que su forma sólida sea menos densa
que el estado líquido. Estas peculiaridades han permitido preservar la
vida en el fondo de los lagos helados durante las glaciaciones y afectan
al clima terrestre porque los casquetes helados flotantes no modifican
el nivel de los océanos. Algunas de esas anomalías, como la capacidad
calorífica (la cantidad de energía necesaria para cambiar la temperatura
de una sustancia) se acentúan cuando el agua se enfría por debajo del
punto de congelación (0°C).
Red de puentes de hidrógeno
“El origen de esa anomalía se achaca a la peculiar estructura de puentes
de hidrógeno entre las moléculas de agua, pero no se dispone de una
explicación detallada a nivel molecular. Una manera de ahondar en este
conocimiento es estudiando la estructura del agua líquida subenfriada,
que es aquella que permanece en estado líquido por debajo del punto de
congelación”, explica el investigador del CSIC José María Fernández, que
trabaja en el Instituto de Estructura de la Materia.
Las moléculas de H2O en su estado líquido o sólido se enlazan entre sí
mediante puentes de hidrógeno, formando una red tridimensional. Esta red
es la responsable de que el agua sea líquida a temperatura ambiente y de
sus anómalas propiedades.
“Cuanto más se enfría el agua por debajo de 0°C, más inestable se vuelve
respecto a su conversión en hielo, por eso el agua profundamente
subenfriada es tan inaccesible”, agrega el investigador del CSIC, cuyo
trabajo supone un nuevo método para medir la temperatura de las
microgotas de agua líquida con una precisión de ±0,6 C°.
Los experimentos han consistido en preparar una fila muy uniforme de
gotas diminutas, de unas seis micras de diámetro, dentro de una cámara
de vacío. “Al viajar en el vacío, a una velocidad de 72 kilómetros por
hora, las gotas se enfrían rápidamente por evaporación superficial. Para
determinar si las gotas seguían siendo líquidas en un punto o se habían
congelado, las iluminamos con un haz láser focalizado, y analizamos
espectralmente la luz dispersada por ellas”, explica Fernández.
La técnica para producir agua líquida subenfriada se puede emplear en
otros experimentos para su determinación estructural, como difracción de
rayos X en sincrotrón, o difracción de neutrones, así como aplicarla a
experimentos de microgotas de otros líquidos subenfriados para medir con
precisión su temperatura.
Fuente: CSIC 08/01/2018
Claudia Goy, Marco A. C. Potenza, Sebastian Dedera, Marilena Tomut,
Emmanuel Guillerm, Anton Kalinin, Kay-Obbe Voss, Alexander Schottelius,
Nikolaos Petridis, Alexey Prosvetov, Guzmán Tejeda, José M. Fernández,
Christina Trautmann, Frédéric Caupin, Ulrich Glasmacher, and Robert E.
Grisenti. Shrinking of Rapidly Evaporating Water Microdroplets Reveals
their Extreme Supercooling. Physical Review Letters.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.120.015501
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