El “fr\u00edo como el hielo” se volvi\u00f3 a\u00fan m\u00e1s fr\u00edo: al crear hielo a partir de peque\u00f1as gotas de solo unos pocos cientos de mol\u00e9culas de tama\u00f1o, los investigadores han empujado el punto de congelaci\u00f3n del agua m\u00e1s bajo que nunca y han cambiado lo que sabemos sobre c\u00f3mo se forma el hielo. Saber c\u00f3mo y por qu\u00e9 el agua se transforma en hielo es fundamental para comprender una amplia gama de procesos naturales. Las fluctuaciones clim\u00e1ticas, la din\u00e1mica de las nubes y el ciclo del agua est\u00e1n influenciados por las transformaciones de agua y hielo, al igual que los animales que viven en condiciones de congelaci\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n
Las ranas de madera, por ejemplo, sobreviven al invierno en tierra permitiendo que sus cuerpos se congelen. Esto les permite salir de la hibernaci\u00f3n m\u00e1s r\u00e1pido que las especies que pasan el invierno bajo el agua sin congelarse. Pero los cristales de hielo pueden romper las membranas celulares, por lo que los animales que utilizan esta t\u00e9cnica deben encontrar una manera de evitar que se forme hielo en sus c\u00e9lulas y tejidos. Una mejor comprensi\u00f3n de c\u00f3mo se congela el agua podr\u00eda conducir a una mejor comprensi\u00f3n de estas especies extremas.<\/p>\n\n\n\n
Si bien la regla general es que el agua se congela a 0\u00b0C, el agua en realidad puede permanecer l\u00edquida en un rango de temperaturas fr\u00edas bajo ciertas condiciones. Hasta ahora, se cre\u00eda que este rango se deten\u00eda a menos -38 \u00b0 C, un valor m\u00e1s bajo que eso, y el agua deb\u00eda congelarse. Pero en un estudio publicado el 30 de noviembre en la revista Nature Communications, los investigadores lograron mantener las gotas de agua en estado l\u00edquido a temperaturas tan bajas como -44 \u00b0 C.<\/p>\n\n\n\n
Hab\u00eda dos claves para su avance: gotas muy peque\u00f1as y una superficie muy suave. Comenzaron con gotas que iban desde 150 nan\u00f3metros, apenas m\u00e1s grandes que una part\u00edcula del virus de la influenza, hasta tan peque\u00f1as como 2 nan\u00f3metros, un grupo de solo 275 mol\u00e9culas de agua. Este rango de tama\u00f1os de gotas ayud\u00f3 a los investigadores a descubrir el papel del tama\u00f1o en la transformaci\u00f3n del agua en hielo.<\/p>\n\n\n\n
“Cubrimos todos estos rangos para que podamos entender en qu\u00e9 condici\u00f3n se formar\u00e1 el hielo, qu\u00e9 temperatura, qu\u00e9 tama\u00f1o de las gotas”, dijo a Live Science el coautor del estudio, Hadi Ghasemi, profesor de ingenier\u00eda mec\u00e1nica en la Universidad de Houston.. “Y lo que es m\u00e1s importante, descubrimos que si las gotas de agua est\u00e1n cubiertas con algunos materiales blandos, la temperatura de congelaci\u00f3n puede reducirse a una temperatura realmente baja”.<\/p>\n\n\n\n
El material blando que utilizaron fue el octano, un aceite que rodeaba cada gota dentro de los poros a nanoescala de una membrana de \u00f3xido de aluminio anodizado. Eso permiti\u00f3 que las gotas tomaran una forma m\u00e1s redondeada con mayor presi\u00f3n, lo que, seg\u00fan los investigadores, es esencial para prevenir la formaci\u00f3n de hielo a estas bajas temperaturas.<\/p>\n\n\n\n
Debido a que es b\u00e1sicamente imposible observar el proceso de congelaci\u00f3n a estas peque\u00f1as escalas, los investigadores utilizaron medidas de conductancia el\u00e9ctrica, ya que el hielo es m\u00e1s conductor que el agua, y la luz emitida en el espectro infrarrojo para captar el momento y la temperatura exactos en los que las gotas se transformaron de agua a hielo. Descubrieron que cuanto m\u00e1s peque\u00f1a era la gota, m\u00e1s fr\u00eda ten\u00eda que estar para que se formara hielo, y para las gotas de 10 nan\u00f3metros o m\u00e1s peque\u00f1as, la tasa de formaci\u00f3n de hielo se redujo dr\u00e1sticamente. En las gotitas m\u00e1s peque\u00f1as que midieron, el hielo no se form\u00f3 hasta que el agua alcanz\u00f3 una temperatura de -44\u00b0C.<\/p>\n\n\n\n
\u00bfSignifica esto que las gotitas microsc\u00f3picas dentro de las nubes y las c\u00e9lulas biol\u00f3gicas pueden enfriarse a\u00fan m\u00e1s de lo que pens\u00e1bamos? “Como cient\u00edfico, dir\u00eda que a\u00fan no lo sabemos”, dijo Ghasemi.<\/p>\n\n\n\n
Pero este descubrimiento podr\u00eda significar grandes cosas para la prevenci\u00f3n del hielo en materiales artificiales, como los de los sistemas de aviaci\u00f3n y energ\u00eda, dijo Ghasemi. Si el agua sobre superficies blandas tarda m\u00e1s en congelarse, los ingenieros podr\u00edan incorporar una mezcla de materiales blandos y duros en sus dise\u00f1os para evitar que el hielo se acumule en esas superficies.<\/p>\n\n\n\n
“Hay muchas formas en que se puede utilizar este conocimiento para dise\u00f1ar las superficies para evitar la formaci\u00f3n de hielo”, dijo Ghasemi. “Una vez que tengamos esta comprensi\u00f3n fundamental, el siguiente paso es solo la ingenier\u00eda de estas superficies basada en los materiales blandos”.<\/p>\n\n\n\n