La deslumbrante belleza de un copo de nieve es testimonio de las asombrosas formas que el agua puede formar por debajo del punto de congelaci\u00f3n. Colocada bajo presi\u00f3n, la elegante danza de la mol\u00e9cula de H2O se contorsiona en algo extra\u00f1o a temperaturas s\u00faper fr\u00edas, at\u00e1ndose virtualmente en nudos para evitar transformarse en hielo. Investigadores de la Universidad de Birmingham en el Reino Unido y la Sapienza Universit\u00e0 di Roma en Italia examinaron el comportamiento de las mol\u00e9culas en agua l\u00edquida a presi\u00f3n colocada en condiciones que normalmente har\u00edan que cristalizara.<\/p>\n\n\n\n
Bas\u00e1ndose en una forma novedosa de modelar el comportamiento del agua como una suspensi\u00f3n de part\u00edculas, identificaron caracter\u00edsticas clave de dos estados l\u00edquidos diferentes; uno ‘topol\u00f3gicamente complejo’, unido en un nudo simple similar a un pretzel, el otro en una formaci\u00f3n de menor densidad de anillos m\u00e1s simples.<\/p>\n\n\n\n
“Este modelo coloidal de agua proporciona una lupa en el agua molecular y nos permite desentra\u00f1ar los secretos del agua relacionados con la historia de dos l\u00edquidos”, dice el qu\u00edmico de la Universidad de Birmingham, Dwaipayan Chakrabarti.<\/p>\n\n\n\n
Las teor\u00edas establecidas en la d\u00e9cada de 1990 han insinuado los tipos de interacciones moleculares que podr\u00edan estar ocurriendo cuando el agua se sobreenfr\u00eda, es decir, se enfr\u00eda a temperaturas por debajo de su punto de congelaci\u00f3n t\u00edpico sin solidificarse. Los cient\u00edficos han estado empujando los l\u00edmites en el enfriamiento del agua sin que cambie a un estado s\u00f3lido durante a\u00f1os, y finalmente lograron mantenerla en una forma l\u00edquida ca\u00f3tica a una temperatura incre\u00edblemente fr\u00eda de -263\u00b0C durante una fracci\u00f3n de momento sin que se convierta en hielo.<\/p>\n\n\n\n
En la medida en que se ha avanzado en la demostraci\u00f3n de estos estados en el laboratorio, los cient\u00edficos todav\u00eda est\u00e1n tratando de determinar exactamente c\u00f3mo se ven los l\u00edquidos superenfriados cuando se les priva de calor.<\/p>\n\n\n\n
Est\u00e1 claro que en los puntos cr\u00edticos, las atracciones polares que compiten entre las mol\u00e9culas de agua se elevan por encima del zumbido termodin\u00e1mico de las part\u00edculas que se mueven. Sin el espacio para moverse en una forma cristalina, las mol\u00e9culas necesitan encontrar otras configuraciones c\u00f3modas.<\/p>\n\n\n\n
Con tantos factores en juego, los investigadores suelen intentar simplificar lo que pueden y centrarse en las variables importantes. En este caso, mirar los ‘grumos’ de agua como si fueran part\u00edculas m\u00e1s grandes disueltas en el l\u00edquido ayuda a comprender mejor las transiciones de un arreglo a otro.<\/p>\n\n\n\n
Los modelos de computadora basados \u200b\u200ben esta perspectiva apuntaron a un cambio sutil entre el agua que se separa y una forma hecha de part\u00edculas que se asientan m\u00e1s juntas en una forma m\u00e1s densa. Curiosamente, la forma, o topolog\u00eda, de las interacciones moleculares en este paisaje acu\u00e1tico tambi\u00e9n se ve\u00eda completamente diferente, con mol\u00e9culas que se enredan en redes intrincadas a medida que se api\u00f1an, o formas mucho m\u00e1s simples a medida que se separan.<\/p>\n\n\n\n
“En este trabajo, proponemos, por primera vez, una visi\u00f3n de la transici\u00f3n de fase l\u00edquido-l\u00edquido basada en ideas de entrelazamiento de redes”, dice Francesco Sciortino, f\u00edsico de materia condensada en la Sapienza Universit\u00e0 di Roma.<\/p>\n\n\n\n
“Estoy seguro de que este trabajo inspirar\u00e1 nuevos modelos te\u00f3ricos basados \u200b\u200ben conceptos topol\u00f3gicos”.<\/p>\n\n\n\n
Este extra\u00f1o espacio de redes de part\u00edculas entrelazadas est\u00e1 listo para ser explorado. Aunque no son del todo diferentes a las largas cadenas de mol\u00e9culas unidas covalentemente, tales nudos son transitorios, intercambiando miembros a medida que cambia el entorno l\u00edquido.<\/p>\n\n\n\n
Dadas sus interacciones enredadas, la naturaleza del agua l\u00edquida que se encuentra en entornos de alta presi\u00f3n y baja temperatura deber\u00eda ser bastante diferente a todo lo que encontrar\u00edamos chapoteando en la superficie de la Tierra. Saber m\u00e1s sobre el comportamiento topol\u00f3gico no solo del agua en estas condiciones, sino tambi\u00e9n de otros l\u00edquidos, podr\u00eda brindarnos informaci\u00f3n sobre la actividad de los materiales en entornos extremos o de dif\u00edcil acceso, como las profundidades de planetas distantes.<\/p>\n\n\n\n
“Sue\u00f1a lo hermoso que ser\u00eda si pudi\u00e9ramos mirar dentro del l\u00edquido y observar el baile de las mol\u00e9culas de agua, la forma en que parpadean y la forma en que intercambian socios, reestructurando la red de enlaces de hidr\u00f3geno”, dice Sciortino.<\/p>\n\n\n\n
\u201cLa realizaci\u00f3n del modelo coloidal para el agua que proponemos puede hacer realidad este sue\u00f1o\u201d.<\/p>\n\n\n\n
Esta investigaci\u00f3n fue publicada en Nature Physics<\/a>.<\/p>\n\n\n\n