Una nueva forma del agua: líquida y sólida a la vez

Los científicos han confirmado la existencia de una nueva forma de agua: sólida y líquida al mismo tiempo. Es el avance más reciente en el estudio del agua, una sustancia en apariencia simple que puede cambiar a muchas configuraciones distintas.

“Ese es un estado de la materia realmente extraño”, dijo Marius Millot, físico del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore en California, autor principal del artículo publicado el 5 de febrero en la revista Nature Physics que describe los experimentos.

Esta nueva forma, llamada agua superiónica, consiste en un enrejado rígido de átomos de oxígeno a través del cual se mueven núcleos de hidrógeno con carga positiva. No se sabe que exista de manera natural en ninguna parte de la Tierra, pero podría abundar en partes lejanas del sistema solar, incluyendo los mantos de Urano y Neptuno.

El agua es una molécula simple: dos átomos de hidrógeno unidos a uno de oxígeno. Los tres átomos normalmente están en forma de v. En el hielo que se encuentra normalmente en la Tierra, las ves se conectan en una estructura espaciosa (por eso el agua, a diferencia de la mayoría del resto de las sustancias, se expande cuando se congela).

Si se someten a presión, los átomos de hidrógeno y de oxígeno se reorganizan en otras estructuras de cristal; los científicos ahora saben de la existencia de más de doce formas de hielo.

Los teóricos sugirieron por primera vez hace treinta años que el agua superiónica podría existir bajo presiones y temperaturas extremadamente altas. El calor derrite las uniones químicas entre los átomos de hidrógeno y oxígeno. La presión alta mantiene a los átomos de oxígeno, más grandes y pesados, en una alineación cristalina fija -un sólido- mientras que los núcleos de hidrógeno, o iones, fluyen a través de ella -un líquido-.

En el nuevo experimento, los científicos de Lawrence Livermore primero comprimieron agua entre dos fragmentos de diamante, a una presión de 25 toneladas por centímetro cuadrado. Esa presión es aproximadamente 25.000 veces mayor que el aire que se comprime contra ti si estás en la superficie de la Tierra. Así el agua se comprime a un tipo de hielo conocido como hielo VII, que es cerca de un 60 por ciento más denso que el agua común, y sólido a temperatura ambiente. Cada celda de diamante contenía alrededor de 0,0002 mililitros.

Luego los investigadores llevaron el hielo comprimido a la Universidad de Rochester, donde se hizo estallar con un pulso de luz láser. Eso provocó ondas de impacto a través del hielo que duraron entre 10 y 20 nanosegundos y lo calentó a miles de grados, lo que ejerció una presión un millón de veces mayor a la de la atmósfera de la Tierra. Esas condiciones existen dentro de Urano y Neptuno, y sin duda dentro de numerosos gigantes de hielo alrededor de otras estrellas.

El hielo superiónico podría ayudar a explicar los campos magnéticos asimétricos y descentrados de Urano y Neptuno, los planetas siete y ocho del sistema solar, conocidos como gigantes de hielo y visitados de manera breve por la nave espacial Voyager 2 de la NASA en la década de los ochenta. En contraste con el campo magnético de la Tierra, que se genera en el centro del planeta, es posible que los campos de esos cuerpos de hielo se originen, en parte, dentro de un armazón de hielo superiónico dentro de sus mantos.

“Al tiempo que uno comienza a validar esos tipos de predicciones, surge la esperanza de poder comenzar a pensar en construir nuevos materiales”, dijo Raymond Jeanloz, profesor de Ciencias Terrestres y Planetarias de la Universidad de California en Berkeley, y autor del artículo publicado en Nature Physics, “de manera que digas qué propiedades quieres y alguien pueda usar una computadora para descubrir qué tipo de material y elementos debes mezclar, así como la forma en la que deberían unirse para tener esas propiedades”.