Utilizando láseres de rayos X, los investigadores de la Universidad de Estocolmo han podido determinar cómo fluctúa el agua entre dos estados diferentes cuando se enfría. A -44 ° C, estas fluctuaciones alcanzan un punto máximo que indica que el agua puede existir como dosdiferentes líquidos distintos. Los resultados se publicarán en la revista ciencia .
El agua, tanto común como necesaria para la vida en la tierra, se comporta de manera muy extraña en comparación con otras sustancias. La forma en que la densidad del agua, el calor específico, la viscosidad y la compresibilidad responden a los cambios de presión y temperatura es completamente opuesta a otros líquidos que conocemos.
Todos somos conscientes de que toda la materia se encoge cuando se enfría, lo que resulta en un aumento de la densidad. Por lo tanto, esperaríamos que el agua tuviera una alta densidad en el punto de congelación. Sin embargo, si miramos un vaso de agua helada, todoestá al revés, ya que esperamos que el agua a 0 ° C rodeada de hielo esté en el fondo del vaso, pero, como sabemos, los cubitos de hielo flotan. Por extraño que parezca el estado líquido, el agua es la más densa a 4 gradosC, y por lo tanto permanece en el fondo, ya sea en un vaso o en un océano.
Si enfría agua por debajo de 4 grados, comienza a expandirse nuevamente. Si continúa enfriando agua pura donde la tasa de cristalización es baja por debajo de 0, continúa expandiéndose; la expansión incluso se acelera cuando se ponemás frío. Muchas más propiedades, como la compresibilidad y la capacidad calorífica, se vuelven cada vez más extrañas a medida que se enfría el agua. Ahora, los investigadores de la Universidad de Estocolmo, con la ayuda de pulsos de rayos X ultra cortos en láseres de rayos X en Japón y Corea del Sur, han logradodeterminando que el agua alcanza el pico de su extraño comportamiento a -44 ° C.
El agua es única, ya que puede existir en dos estados líquidos que tienen diferentes formas de unir las moléculas de agua. El agua fluctúa entre estos estados como si no pudiera decidirse y estas fluctuaciones alcanzan un máximo a -44° C. Es esta capacidad de cambiar de un estado líquido a otro lo que le da al agua sus propiedades inusuales y, dado que las fluctuaciones aumentan al enfriarse, también aumenta la extrañeza.
"Lo especial fue que pudimos hacer rayos X inimaginablemente rápido antes de que el hielo se congelara y pudimos observar cómo fluctuaba entre los dos estados", dice Anders Nilsson, profesor de Física Química en la Universidad de Estocolmo. "Durante décadas ha habidoHa habido especulaciones y diferentes teorías para explicar estas propiedades notables y por qué se hicieron más fuertes cuando el agua se enfría. Ahora hemos encontrado ese máximo, lo que significa que también debería haber un punto crítico a presiones más altas ".
Otro hallazgo notable del estudio es que las propiedades inusuales son diferentes entre el agua normal y pesada y más mejoradas para el agua más ligera ". Las diferencias entre los dos isótopos, H2O y D2O, que se muestran aquí muestran la importancia de los efectos cuánticos nucleares,"dice Kyung Hwan Kim, postdoctorado en Física Química en la Universidad de Estocolmo." La posibilidad de hacer nuevos descubrimientos en un tema muy estudiado como el agua es totalmente fascinante y una gran inspiración para mis estudios posteriores ", dice Alexander Späh, estudiante de doctorado en QuímicaFísica en la Universidad de Estocolmo.
"Fue un sueño hecho realidad poder medir el agua en condiciones de baja temperatura sin congelación", dice Harshad Pathak, postdoctorado en Física Química en la Universidad de Estocolmo. "Se han hecho muchos intentos en todo el mundo para buscar este máximo."
"Ha habido un intenso debate sobre el origen de las extrañas propiedades del agua durante más de un siglo desde los primeros trabajos de Wolfgang Röntgen", explica Anders Nilsson. "Los investigadores que estudian la física del agua ahora pueden establecer el modelo queel agua tiene un punto crítico en el régimen sobreenfriado. La siguiente etapa es encontrar la ubicación de lo crítico en términos de presión y temperatura. Un gran desafío en los próximos años ".
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Materiales proporcionados por Universidad de Estocolmo . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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