Investigadores exploran los misterios del superenfriamiento del agua

"Normalmente, cuando el agua líquida se enfría por debajo de su punto de congelación, las moléculas de agua se organizan en una estructura cristalina ordenada que es el hielo", explica uno de los miembros del equipo, Paola Gallo, profesora asociada de Física en la Universidad de Roma III.

"Con el sobreenfriamiento, se emplean técnicas especiales para enfriar el agua muy rápidamente de tal manera que permanece un líquido a pesar de que su temperatura se ha bajado muy por debajo de su punto de congelación. Hay una serie de anomalías en la actividad de las moléculas de agua en estas condiciones superfrías que aún no se han explicado completamente", añade.

El estudio se publica en The Journal of Chemical Physics.

Utilizando una simulación por ordenador, Gallo y sus colegas arrojan luz sobre una propiedad termodinámica del agua que ayuda a explicar cómo las moléculas de agua en estado de superenfriamiento interactúan entre sí y con las moléculas de otros materiales. "Aunque el sobreenfriamiento es un fenómeno importante a estudiar, el desafío es que es muy difícil enfriar el agua en exceso en un laboratorio", señala Gallo.

ESTUDIOS DE AGUA CONFINADA Y A GRANEL

En el pasado, los científicos han tratado de abordar esta cuestión mediante el superenfriamiento de agua 'en confinamiento', centrando los esfuerzos en el estudio de agua confinada en poros fabricados con un radio de unos pocos nanometros (es decir, deuno o dos órdenes de magnitud más grande que el diámetro de la molécula de agua). Sin embargo, esto ha planteado la cuestión de si las propiedades de este agua confinada difieren de la del agua a granel, donde las moléculas de agua interactúan libremente en volúmenes mayores.

"Esta pregunta ha sido un punto de interés continuo en nuestro trabajo --subraya Gallo--. En estudios previos, hemos demostrado que las interacciones con otras sustancias químicas afectan sólo a las moléculas de agua que están físicamente muy cerca de las moléculas de otro producto químico, como las moléculas que forman la pared del poro. Las moléculas de agua en el centro del poro, el agua libre, conservan muchas de las propiedades del agua a granel".

"Con este estudio, descubrimos que hay otros paralelismos --explica Gallo--. Específicamente, nuestra simulación muestra que una propiedad de la estructura de la red de moléculas de agua, que se puede medir y verificar experimentalmente, se puede utilizar para determinar los cambios en la entropía del agua, la cantidad termodinámica que mide el desorden en un sistema [...] que puede ofrecer ideas sobre algunas de las facetas termodinámicas de la actividad del agua más inusuales en este estado superenfriado".

Estos hallazgos crean un marco para que otros físicos experimentales recreen la simulación con muestras físicas en un laboratorio. Según Gallo y sus colegas, su trabajo ofrece una base para profundizar en la investigación de las relaciones entre las características termodinámicas del agua confinada y del agua a granel.

"El agua es el líquido más importante que tenemos en la Tierra --subraya Gallo--. Cualquier cuestión que los investigadores puedan descubrir sobre sus propiedades puede ayudar a avanzar no sólo en nuestra comprensión colectiva de la física, sino también de la biología y la química, y abrir nuevas posibilidades para integrar este conocimiento en diferentes aplicaciones tecnológicas".