Normalmente consideramos que el agua líquida está desordenada y las moléculas se reorganizan en una escala de tiempo corta alrededor de una estructura promedio. Ahora, sin embargo, los científicos de la Universidad de Estocolmo han descubierto dos fases del líquido con grandes diferencias en estructura y densidad. Los resultados se basan ensobre estudios experimentales con rayos X, que ahora se publican en Actas de la Academia Nacional de Ciencias .
La mayoría de nosotros sabemos que el agua es esencial para nuestra existencia en el planeta Tierra. Es menos conocido que el agua tiene muchas propiedades extrañas o anómalas y se comporta de manera muy diferente a todos los demás líquidos. Algunos ejemplos son el punto de fusión, la densidad,la capacidad calorífica, y en general, hay más de 70 propiedades del agua que difieren de la mayoría de los líquidos. Estas propiedades anómalas del agua son un requisito previo para la vida tal como la conocemos.
"La nueva propiedad notable es que encontramos que el agua puede existir como dos líquidos diferentes a bajas temperaturas donde la cristalización del hielo es lenta", dice Anders Nilsson, profesor de Física Química en la Universidad de Estocolmo. El gran avance en la comprensión del agua ha sidoposible a través de una combinación de estudios utilizando rayos X en el Laboratorio Nacional Argonne cerca de Chicago, donde se evidenciaron las dos estructuras diferentes y en el gran laboratorio de rayos X DESY en Hamburgo, donde se pudo investigar la dinámica y demostrar que las dos fases, de hecho, ambas estabanfases líquidas. Por tanto, el agua puede existir como dos líquidos diferentes.
"Es muy emocionante poder usar rayos X para determinar las posiciones relativas entre las moléculas en diferentes momentos", dice Fivos Perakis, postdoctorado en la Universidad de Estocolmo con experiencia en espectroscopía óptica ultrarrápida.capaz de seguir la transformación de la muestra a bajas temperaturas entre las dos fases y demostró que hay difusión como es típico para los líquidos ".
Cuando pensamos en el hielo, lo más frecuente es que se salga de la caja de hielo como una fase cristalina ordenada, pero la forma más común de hielo en nuestro sistema planetario es amorfa, es decir, desordenada, y hay dos formas de hielo.hielo amorfo con baja y alta densidad. Las dos formas pueden interconvertirse y se ha especulado que pueden estar relacionadas con formas de agua líquida de baja y alta densidad. Investigar experimentalmente esta hipótesis ha sido un gran desafío que el grupo de Estocolmo haahora superado.
"He estudiado los hielos amorfos durante mucho tiempo con el objetivo de determinar si pueden considerarse un estado vidrioso que representa un líquido congelado", dice Katrin Amann-Winkel, investigadora de Física Química en la Universidad de Estocolmo. "Es un sueñose hacen realidad para seguir con tanto detalle cómo un estado vítreo del agua se transforma en un líquido viscoso que casi inmediatamente se transforma en un líquido diferente, incluso más viscoso, de densidad mucho menor ".
"La posibilidad de hacer nuevos descubrimientos en el agua es totalmente fascinante y una gran inspiración para mis estudios posteriores", dice Daniel Mariedahl, estudiante de doctorado en Física Química en la Universidad de Estocolmo. "Es particularmente emocionante que la nueva información haya sido proporcionada porRayos X desde que el pionero de la radiación de rayos X, Wilhelm Röntgen, mismo especuló que el agua puede existir en dos formas diferentes y que la interacción entre ellas podría dar lugar a sus extrañas propiedades ".
"Los nuevos resultados brindan un fuerte apoyo a una imagen en la que el agua a temperatura ambiente no puede decidir en cuál de las dos formas debe estar, alta o baja densidad, lo que da como resultado fluctuaciones locales entre las dos", dice Lars GMPettersson, profesor de Física Química Teórica en la Universidad de Estocolmo. "En pocas palabras: el agua no es un líquido complicado, sino dos líquidos simples con una relación complicada".
Estos nuevos resultados no solo crean una comprensión general del agua a diferentes temperaturas y presiones, sino también cómo el agua se ve afectada por sales y biomoléculas importantes para la vida. Además, una mayor comprensión del agua puede conducir a nuevos conocimientos sobre cómo purificary desalinizar agua en el futuro. Este será uno de los principales desafíos para la humanidad ante el cambio climático global.
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Materiales proporcionados por Universidad de Estocolmo . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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