Un nuevo estudio que examina cómo se forma el hielo a partir del agua pura descubrió que la geometría de la superficie en la que se encuentra el agua puede tener un efecto sobre si se congela o no, lo que sugiere que la geometría de la superficie juega un papel importante en la formación de hielo. Mayor comprensión de cómolas formas de hielo podrían tener implicaciones que van desde la seguridad del transporte hasta la producción de alimentos.
El hielo generalmente se forma alrededor de partículas como el polen o el polvo, pero el agua ultra pura puede permanecer líquida hasta -40 grados Celsius. Debido a esto, la superficie en la que se encuentra el agua ultra pura puede tener un gran impacto en la formación de hielocristales. Sin embargo, no ha habido una teoría exitosa para predecir qué materiales son buenos para formar hielo.
Utilizando una simulación por computadora, los investigadores de la Universidad George Washington descubrieron que el hielo se forma más eficientemente en forma de cuña que contiene ángulos de 45 o 70 grados, probablemente porque permite que las moléculas de agua se alineen de una manera que ayuda a formar una red de hieloPor lo tanto, una superficie texturizada con estos pequeños ángulos se congelaría antes que una superficie con una geometría diferente. Antes de este avance, ningún otro modelo ha podido ayudar a predecir qué geometría de la superficie podría desencadenar la formación de hielo.
"No fue muy sorprendente para nosotros ver que la formación de hielo se acelera con una cuña de 70 grados, porque coincide perfectamente con el orden cristalino del hielo", dijo Tianshu Li, profesor asociado de ingeniería civil y ambiental y autor correspondiente de"La verdadera sorpresa vino cuando descubrimos que una cuña de 45 grados es casi igualmente efectiva para catalizar la formación de hielo".
El equipo de investigación descubrió que una cuña de 45 grados promueve la formación de un cristal de hielo imperfecto que contiene algo llamado defecto topológico. Los defectos topológicos en los materiales son áreas irregulares en una estructura por lo demás perfectamente uniforme.
"Una vez que se forma tal defecto, puede facilitar el crecimiento de hielo regular a su alrededor", dijo el Dr. Li.
Esta es la primera vez que un estudio proporciona evidencia teórica clara sobre el papel explícito de los defectos en la formación de cristales.
Si bien la formación de hielo es un fenómeno diario, el proceso de congelación es poco conocido. Los investigadores esperan contribuir a una mejor comprensión de la formación y el crecimiento de los cristales de hielo al aplicar la investigación de los modelos informáticos a los laboratorios físicos para realizar más pruebas.
Al comprender cómo controlar si se forman o crecen cristales de hielo, los investigadores tienen el potencial de influir en todo, desde las superficies de los aviones que detienen el crecimiento del hielo hasta el helado de mejor sabor.
"Este hallazgo también tiene aplicaciones más allá de la formación de hielo", dijo Li. "Debido a que la formación de cristales es un proceso importante en otros campos, nuestro estudio también puede influir en la producción de nuevos materiales y la cristalización de productos farmacéuticos".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad George Washington . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :