A primera vista, el hielo es simplemente agua congelada, algo que todo el mundo entiende. Pero en los laboratorios de alta presión del European XFEL en Alemania, un grupo de científicos internacionales demostró que este material, en apariencia tan simple, esconde secretos asombrosos. Consiguieron crear hielo a temperatura ambiente sin tener que enfriar el agua, solo con una experimento de compresión entre dos diamantes.
Experimento
Científicos consiguen crear hielo sin la necesidad de frío
Un equipo internacional de investigadores científicos logra una experimento impensable: condensar agua a temperatura ambiente solo con presión
Loc científicos consiguieron este hito sometiendo al agua a presión extrema.
Este experimento resultó en el hielo XXI, la vigésimo primera forma conocida de este compuesto. Este hielo demuestra que la formación de agua congelada se extiende más allá de los científicos modelos conocidos. Lo crucial aquí no fue bajar la temperatura, sino la presión extrema, llegando a unos dos gigapascales, que es 20.000 veces la presión de la atmósfera de la Tierra, según explicó el European XFEL en un comunicado de prensa.
Los científicos consiguieron presión extrema
Para forzar la aparición de esta nueva fase, los científicos utilizaron una herramienta llamada celda de yunque de diamante, que funciona básicamente como una prensa en miniatura. Este dispositivo puede generar presiones tan altas como las que se encuentran en el centro de planetas y lunas. El agua quedó atrapada entre dos diamantes increíblemente duros que pudieron reducir su volumen hasta límites extraordinarios.
El procedimiento para este experimento consistió en aplicar ráfagas rápidas de presión, de milisegundos, seguidas por pausas de un segundo, repitiendo el ciclo más de mil veces. Observaron cómo las moléculas de agua respondieron a este tratamiento.
Los científicos utilizaron diamantes para conseguir el experimento.
Sorprendentemente, pese a estar a temperatura ambiente, las moléculas del agua se juntaron en una estructura cristalina nunca antes vista. Esta estructura es más compacta que el hielo común y se forma bajo condiciones de mucha presión.
Lo más increíble de este experimento es que los científicos pudieron capturar estos cambios instantáneos gracias al European XFEL, que es el láser de rayos X más grande del mundo. Opera como una cámara de ultra alta velocidad que toma imágenes cada microsegundo.
Esto les permitió registrar en tiempo real cómo se formaba la nueva estructura cristalina usando pulsos rapidísimos de rayos X. Geun Woo Lee, el científico del Instituto Coreano de Investigación que dirigió el experimento, detalló que "la compresión rápida del agua le permite permanecer en estado líquido hasta presiones más altas, donde ya debería haberse cristalizado en hielo VI".
Un camino intermedio para el hielo
El hielo VI es otra fase muy particular que, se cree, existe en el interior de lunas heladas como Titán y Ganímedes. Lo más interesante es que el hielo XXI parece ser un punto de parada temporal en el camino hacia ese tipo de hielo más exótico.
Esta fase metaestable tan solo existe durante unas pocas decenas de microsegundos antes de pasar a ser hielo VI. Las científicos describen este camino como un desvío momentáneo.
El equipo científico que realizó el experimento e imitó condiciones del espacio exterior.
Experimentos posteriores confirmaron la forma del hielo XXI: una estructura cristalina tetragonal hecha de bloques de 152 moléculas de agua. Es una disposición que no coincide con ninguna otra fase conocida.
Aunque este hielo XXI solo dura un instante en el experimento del laboratorio, su descubrimiento podría ser muy útil para entender qué pasa en otras partes del sistema solar. En las lunas lejanas, donde la presión y la temperatura cambian drásticamente, estas fases breves pueden ayudar a explicar la dinámica interna de esos mundos. Rachel Husband, una física del equipo, dijo: "Nuestros hallazgos sugieren que puede existir un mayor número de fases de hielo metaestables a alta temperatura y sus vías de transición asociadas, lo que podría ofrecer nuevos conocimientos sobre la composición de las lunas heladas".
Al final, este hallazgo ofrece una nueva perspectiva sobre cómo el agua cambia de fase. Es un material que usamos a diario, pero que se comporta de manera mucho más inusual de lo que parece. Lee reflexiona sobre el experimento: "Hay muchas preguntas sobre cómo un material tan simple puede dar lugar a tantas fases cristalinas diferentes".