Dos fases líquidas del agua superenfriada

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Además de este punto crítico entre las fases líquida y gaseosa del agua, podría haber otro entre dos fases líquidas [Wikipedia, traducción de Khesus99, fragmento]

Los datos experimentales tomados con gotas micrométricas de agua a menos 50 grados de temperatura respaldan una hipótesis que se ha venido proponiendo: el agua líquida superenfriada existiría en dos variantes estructurales diferentes, una de ellas más densa que la otra y que aparecería solo bajo presiones mayores. Como Anders Nilsson, de la Universidad de Estocolmo, y sus colaboradores explican en Science, estos dos líquidos diferentes se distinguen mediante sus propiedades termodinámicas.

El grupo de investigadores formó gotas minúsculas de agua líquida superenfriada y midió con pulsos láser de rayos X la compresibilidad y las longitudes de correlación del fluido, dependientes de la presión y la temperatura. Los datos tienden a indicar que a temperaturas muy bajas hay dos fases de agua líquida, que se vuelven indistinguibles en un punto crítico, un segundo punto crítico del agua; el otro es el bien conocido a los 374,1 grados y los 221 bar, donde termina la línea que marca los valores de la presión y la temperatura donde el agua y el vapor coexisten (mientras que por debajo de la línea el agua es gaseosa y por encima, líquida).

Nilsson y su equipo llegaron a esta conclusión basándose en una particularidad de la termodinámica del agua muy fría. Encontraron en el diagrama de fases una línea de las llamadas de Widom, como si fuera el fantasma de un cambio de fase.

Una línea de Widom, en la que la longitud de correlación del fluido alcanza un valor máximo, dimana desde un punto crítico. El hallazgo de una línea así, pues, indica la existencia de un punto crítico y con ello la existencia de dos fases (líquidas) diferentes.

Las dos estructuras se diferencian en cómo interaccionan grupos de cinco moléculas de agua (una molécula y sus cuatro vecinas). En la fase menos densa, esos pentámeros están entrelazados entre sí casi arista con arista. Cuando sube la presión, el agua se convierte en una estructura en la que los pentámeros están girados unos con respectos a los otros noventa grados y son empujados los unos contra los otros, así que ocupan menos espacio.

Lars Fischer/spektrum.de

Artículo traducido y adaptado por Investigación y Ciencia con permiso de Spektrum der Wissenschaft.

Referencia: «Maxima in the thermodynamic response and correlation functions of deeply supercooled water», de Kyung Hwan Kim et al. en Science, vol. 358, número 6370, págs. 1589-1595, 22 de diciembre de 2017.