“Hielo amorfo”: científicos descubrieron un nuevo tipo de hielo con propiedades similares al agua líquida

Un nuevo descubrimiento plantea muchas preguntas sobre la naturaleza misma del agua líquida. La nueva forma de hielo, que ha sido descubierta en una nueva investigación que acaba de publicarse en Science, 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 la estructura de un líquido.

El equipo a cargo del descubrimiento creó una nueva forma de hielo amorfo en un experimento y logró un modelo a escala atómica en simulación por computadora. Los expertos 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.

Llegar al nuevo hielo

Los profesionales también descubrieron que la molienda de bolas creaba una 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 parecía al del agua en forma sólida.

Lo llamaron 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 el agua líquida, por lo que es muy importante comprender la estructura atómica precisa de MDA. Encontramos similitudes notables entre la MDA y el agua líquida” explicó el coautor Michael Davies, quien llevó a cabo el modelado computacional”.

Hasta ahora, ha habido dos tipos principales de hielo amorfo: el de alta y el de baja densidad. Como sugieren los nombres, hay una gran brecha de densidad entre ellos. Esta, combinada con el hecho de que la densidad del agua líquida se encuentra en el medio, ha sido la piedra angular de la 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, explicó: “el conocimiento aceptado 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 del agua líquida y sus muchas anomalías”.

Entender la energía contenida

El descubrimiento de MDA da lugar a la pregunta sobre 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 que puede producir reacciones en las capas de la Tierra.

El profesor Angelos Michaelides, autor principal del Departamento de Química Yusuf Hamied de Cambridge, afirmó: “se dice que el hielo amorfo en general es la forma de agua más abundante en el universo. Ahora ha comenzado el camino hacia comprender cuánto es MDA y qué tan geofísicamente activa es esta nueva forma descubierta” concluyó.

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