Físicos bajan el punto de congelación del agua y baten un récord

Al crear hielo a partir de gotas microscópicas, los investigadores han reducido el punto de congelación del agua más bajo que nunca. Este trabajo algún día podría servir tanto a la ciencia del clima como a la ciencia de los materiales. Los detalles del estudio se publican en Nature.

La transformación de nanogotas en hielo de agua juega un papel esencial en la naturaleza, especialmente en el cambio climático, la microfísica de las nubes, el mecanismo de supervivencia de los animales en ambientes fríos, pero también en una amplia gama de tecnologías.

En la mayoría de estos escenarios, la transformación ocurre en un modo heterogéneo donde las nanogotas están en contacto con otro medio. Sin embargo, el sondeo experimental de esta transformación a nanoescala sigue sin resolverse.

Una regla empírica nos dice que el agua se congela a cero grados centígrados, pero sabemos que en realidad puede permanecer en forma líquida en un rango de temperatura aún más frío bajo ciertas condiciones. Hasta ahora pensábamos que esta playa detenido a -38°C. Más allá de eso, el agua debería congelarse pase lo que pase. Como parte de un estudio, un equipo aún ha batido este récord.

Condiciones especiales

Este avance involucró dos factores clave. Primero, los investigadores tuvieron que crear pequeñas gotas que iban desde 150 nanómetros, apenas más grandes que una partícula del virus de la gripe, hasta aproximadamente dos nanómetros (que esencialmente concentran 275 moléculas de agua). Este rango de diferentes proporciones ha permitido a los investigadorescomprender el papel del tamaño de estas gotas en la transformación del agua en hielo.

El segundo factor importante fue el entorno en el que evolucionaron estas gotas. ” Hemos descubierto que si las gotas de agua se cubren con materiales blandos, la temperatura de congelación se puede reducir aún más.“, enfatiza Hadi Ghasemi, profesor de ingeniería mecánica en la Universidad de Houston.

El material blando utilizado aquí fue octano, una especie de aceite que rodea cada gota en los poros a nanoescala de una membrana de óxido de aluminio anodizado. Este enfoque permitió que las gotitas tomar una forma más redondeada con mayor presiónque es fundamental para evitar la formación de hielo a estas bajas temperaturas según los investigadores.

agua punto de congelación
Créditos: CHENA/Pixabay

-44°C, ¿quién dice mejor?

Para observar esta fase de transición a tal escala, los investigadores se basaron en mediciones de conductancia eléctrica (el hielo es más conductor que el agua líquida) y la luz emitida en el espectro infrarrojo para capturar el momento y las temperaturas exactas a las que se transformaron las gotas.

Luego descubrieron que cuanto más pequeña era la gota, más fría tenía que estar para que se formara el hielo. En las estructuras más pequeñas, el paso del estado líquido al estado sólido se habría producido en -44°C. Es un récord. En cuanto a si tales condiciones realmente ocurren en la naturaleza o incluso en escalas más extremas, los investigadores no lo saben.

Sin embargo, como se dijo anteriormente, saber cómo y por qué el agua se convierte en hielo será esencial para comprender una amplia gama de procesos naturales, como las fluctuaciones climáticas, la dinámica de las nubes y el ciclo del agua. También podríamos comprender mejor las especies que evolucionan en condiciones de congelación, pero también diseñar materiales que impidan la formación de hielo.