Los físicos reducen el punto de congelación del agua y rompen el récord

Al crear hielo a partir de gotitas microscópicas, los investigadores han reducido el punto de congelación del agua a un nivel más bajo que nunca. Este trabajo podría algún día 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 las 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 se produce de forma heterogénea donde las nanogotas están en contacto con otro medio. Sin embargo, la sonda experimental de esta transformación a escala nanométrica sigue sin resolverse.

Una regla empírica nos dice que el agua se congela a cero grados Celsius, pero sabemos que en realidad puede permanecer en forma líquida en un rango de temperatura aún más frío bajo ciertas condiciones. Hasta ahora pensamos que esta playa parado a -38 ° C. Más allá de eso, el agua debería congelarse pase lo que pase. En el contexto 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 van desde 150 nanómetros, apenas más grandes que una partícula del virus de la gripe, hasta alrededor de dos nanómetros (que básicamente concentra 275 moléculas de agua). Este rango de diferentes proporciones permitió 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 material blando, la temperatura de congelación se puede reducir aún más.“, Subraya Hadi Ghasemi, profesor de ingeniería mecánica en la Universidad de Houston.

El material blando utilizado aquí fue el 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 gotas de adoptar una forma más redondeada con mayor presión, que es fundamental para evitar la formación de hielo a estas bajas temperaturas, según los investigadores.

agua del punto de congelación
Crédito: CHENA / Pixabay

-44 ° C, ¿quién dice mejor?

Para observar esta fase de transición en 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 el momento. gotitas transformadas.

Luego descubrieron que cuanto más pequeña era la gota, más fría tenía que estar para que se formara hielo. En las estructuras más pequeñas, la transición del estado líquido al estado sólido habría tenido lugar en -44 ° C. Es un récord. Si tales condiciones ocurren realmente en la naturaleza o en escalas aún 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 la evolución de las especies en condiciones de congelación, pero también diseñar materiales para evitar la formación de hielo.