Se descubre una nueva forma de hielo nunca antes vista

 Científicos han descubierto una nueva forma de hielo a partir de agua común congelada y agitada. La investigación demuestra cuánto aún tenemos que aprender sobre una molécula tan simple como el agua. La nueva forma de hielo está compuesta por una mezcla de moléculas con propiedades únicas y es el resultado de agitar y enfriar agua congelada hasta obtener un material amorfo y con una densidad intermedia entre el agua líquida y el hielo convencional. Los científicos han bautizado a esta nueva forma de hielo como "hielo amorfo de densidad media" (MDA, por sus siglas en inglés).

La investigación pone en evidencia cuánto aún tienen que aprender los científicos sobre una molécula tan simple como la del agua. Una simple agitación y enfriamiento de agua congelada ordinaria la convierte en algo diferente: una forma recién descubierta de hielo compuesta por una mezcla de moléculas con propiedades únicas.

El profesor de química en el University College de Londres, Christoph Salzmann, declaró que este descubrimiento es "completamente inesperado y muy sorprendente". El agua es una molécula que ha sido intensamente estudiada por los científicos durante siglos, pero esta nueva investigación demuestra una vez más que el agua, una molécula sin la cual no se conoce la existencia de vida, todavía esconde sorpresas científicas por descubrir.

En la vida diaria, nos encontramos con tres formas de agua: un gas vaporoso como el vapor, agua líquida corriente y hielo duro y resbaladizo. El hielo de nuestra vida cotidiana consiste en moléculas de agua alineadas en un patrón hexagonal, y esos hexágonos se apilan cuidadosamente uno sobre el otro. La estructura hexagonal no está empaquetada de manera estrecha, lo que explica por qué el hielo es menos denso que el agua líquida y flota.

Con variaciones de temperatura y presión fuera de lo que generalmente ocurre en la Tierra, las moléculas de agua pueden ser empujadas hacia otras estructuras cristalinas. Actualmente, los científicos conocen 20 formas cristalinas de agua. La vigésima forma de hielo fue descubierta el año pasado.

Además, los investigadores también han documentado dos tipos de hielo con moléculas desordenadas, lo que llaman materiales amorfos. Debido a que uno de los hielos amorfos es más denso que el agua, se conoce como hielo amorfo de alta densidad; el otro, con una densidad menor que la del agua, es hielo amorfo de baja densidad. Los hielos amorfos no se encuentran en la Tierra, pero podrían ser prevalentes en el espacio exterior, en cometas, nubes interestelares y mundos helados como Europa, una luna de Júpiter.

Incluso existe un tipo de agua que es tanto líquido como sólido. En 2018, los científicos anunciaron la creación de "agua superiónica", que es una fase líquida en la que los átomos de oxígeno y protones se mueven libremente, sin formar enlaces covalentes sólidos. La creación de esta forma única de agua ha sido un gran paso en la comprensión de la física y la química de las moléculas de agua. Aunque aún es un tema de investigación activa, los científicos creen que el agua superiónica podría tener aplicaciones prácticas en la tecnología de energía y la medicina.

El Dr. Salzmann y sus colegas no buscaban agregar un nuevo tipo de hielo a la lista de hielos de agua. En su lugar, querían estudiar cristales de hielo muy pequeños, ya que a veces las partículas mínimas de algo poseen propiedades muy diferentes a las partículas más grandes del mismo material.

Entonces, Alexander Rosu-Finsen, un científico posdoctoral en el grupo de investigación del Dr. Salzmann y autor principal del artículo en Science, comenzó a aplastar hielo. El hielo de agua se enfrió primero en nitrógeno líquido a menos 320 grados Fahrenheit y luego se colocó en un recipiente junto con bolas de acero. Luego, una máquina sacudió el hielo y las bolas de acero, aún enfriadas a temperaturas ultrabajas, de adelante hacia atrás a 20 veces por segundo, pulverizando el hielo en pequeñas partículas, un proceso conocido como molienda con bolas.
Piensa en ello como un agitador de cocteles de alta tecnología.

Luego, el Dr. Rosu-Finsen abrió el recipiente.

"Y lo que sucedió fue algo completamente inesperado", dijo el Dr. Rosu-Finsen, quien ahora es editor asociado de la revista Nature Reviews Chemistry.

El material blanco dentro parecía lo que se esperaría de hielo aplastado, pero había sido transformado.

El material ahora era más denso y gran parte de la estructura cristalina se había destruido, produciendo un material amorfo. Sin embargo, la densidad no coincidía con los hielos amorfos de alta y baja densidad conocidos. Interesantemente, se encontraba entre ellos; de hecho, tenía casi exactamente la misma densidad que el agua líquida. Hasta ahora, todas las formas sólidas de hielo, cristalino o amorfo, eran significativamente más densas o menos densas que el agua líquida.

Los investigadores lo nombraron hielo amorfo de densidad media, o MDA.

El golpeteo de las bolas de acero aplicó una fuerza de corte sobre los cristales de hielo, suficiente para sacar las moléculas de agua de sus posiciones cristalinas, permitiéndoles ser empaquetadas más estrechamente.

"Es realmente genial", dijo Marius Millot, físico en el Lawrence Livermore National Laboratory en California, que lideró el experimento que creó agua superiónica. "Lo que nos dice es que todavía hay muchas cosas que no entendemos".

Que el hielo amorfo de densidad media tenga casi la misma densidad que el agua líquida plantea la posibilidad de que en realidad sea un vidrio, una liquidación caótica de moléculas fluyendo hasta que se enfrió y disminuyó y congeló en el tiempo sin cristalizar, todavía desordenado.

"Esta es la pregunta clave", dijo el Dr. Salzmann. "¿Es el MDA el vidrio del agua líquida?"

Los experimentos de seguimiento podrían agregar impurezas al hielo. "Hemos hecho los experimentos con hielo puro", dijo el Dr. Salzmann. "La próxima pregunta es, ¿qué sucederá si comenzamos a mezclar otras cosas?"

Los hallazgos podrían ser útiles para los científicos planetarios. Las temperaturas caen dentro de lo que se encuentra en Europa, y Júpiter ejerce enormes fuerzas mareales en la luna helada, que será visitada y estudiada de cerca por orbitadores de la NASA y la europea.

"Obtienes exactamente el mismo tipo de movimiento de corte", dijo el Dr. Salzmann. "La especulación es ahora que podría haber algún MDA en el sistema solar exterior".

Los investigadores también encontraron una propiedad del MDA que es única entre los hielos de agua. Para la mayoría de los materiales, si lo comprimes y luego liberas la presión, simplemente vuelve a como era antes. Pero comprimiendo el MDA y luego liberando la presión y calentándolo liberó una gran cantidad de energía.