Los científicos logran mantener las gotas de agua en forma líquida a -47.2 ° F
El punto de congelación final del agua acaba de ser incluso más bajo, según un nuevo estudio.
Los científicos de Texas han logrado reducir el límite de congelación del agua (H2O) a -47,2 ° F (-44 ° C), desde -36,4 ° F (-38 ° C).
Los expertos alcanzaron su récord utilizando gotas de unos dos nanómetros de diámetro, aproximadamente un millón de veces más pequeñas que un copo de nieve.
Su investigación es importante porque el punto de congelación de pequeñas gotas de agua juega un papel en la supervivencia de los animales en ambientes fríos, dicen.
Una gota de agua congelada dentro de una célula animal hace que la célula se rompa y muera.
Comprender las condiciones que conducen a la formación de hielo también podría ayudar a la investigación científica planetaria, como evaluar las condiciones en otros mundos.
Investigadores de la Universidad de Houston informan una transformación de la fase de hielo de agua de hasta 2 nm (nanómetros) de diámetro
Los investigadores pusieron gotitas tan pequeñas como dos nanómetros en contacto con interfaces blandas, como geles y lípidos. Una ilustración del trabajo de investigación del equipo muestra una nanogota rodeada de aceite donde ocurre la nucleación del hielo, el proceso inicial que ocurre en la formación de un cristal a partir de una solución.
Anteriormente, se sabía que cualquier gota de agua se congelaba a cualquier temperatura entre 32 ° F y -36.4 ° F (0 ° C a -38 ° C).
Por debajo de esa temperatura, la congelación ha sido hasta ahora inevitable, según los autores del estudio. en la Universidad de Houston.
“La transformación de agua en hielo de unas pocas nanogotas a nanoescala juega un papel vital en la naturaleza, incluido el cambio climático, la microfísica de las nubes, el mecanismo de supervivencia de los animales en ambientes fríos y una amplia gama de tecnologías”, dicen.
“Los resultados proporcionan una comprensión de varios fenómenos naturales y allanan el camino para el diseño de biomiméticos antihielo superiores o superficies lisas impregnadas de líquido. »
La transformación del agua en hielo es uno de los grandes misterios de la ciencia, según el equipo, y cómo y por qué ocurre está bajo un intenso escrutinio.
El agua en realidad tiene algunas características extrañas: a diferencia de otros líquidos, se vuelve menos densa cuando se congela. Esta es la razón por la que los bloques de hielo de agua flotan sobre agua líquida en lugar de hundirse hasta el fondo.
El agua líquida se expande cuando comienza a alcanzar su punto de congelación, razón por la cual los lagos se congelan desde arriba en lugar de desde abajo.
Sorprendentemente, la nanogota de agua más pequeña en la que se puede formar el hielo tiene solo 90 moléculas de agua, o una décima parte del tamaño del virus más pequeño.
Para aprender más sobre la cristalización del agua en hielo a nivel molecular, el equipo puso gotitas tan pequeñas como dos nanómetros en contacto con interfaces blandas, como geles y lípidos.
El agua líquida se expande cuando comienza a alcanzar su punto de congelación, razón por la cual los lagos se congelan desde arriba en lugar de desde abajo. En la foto, el hielo del lago Baikal congelado en Rusia
Descubrieron que podían contener pequeñas gotas en forma líquida hasta -47,2 ° F al ponerlas en contacto con superficies blandas.
Se cree que la supresión de la nucleación del hielo, el proceso inicial que ocurre en la formación de un cristal a partir de una solución, se debió a la presión sobre las gotas en la interfaz blanda.
«Descubrimos que si una gota de agua entra en contacto con una interfaz blanda, la temperatura de congelación puede ser significativamente más baja que la de las superficies duras», dijo el autor del estudio, el profesor Hadi Ghasemi de la Universidad de Houston.
«Además, una gota de agua de unos pocos nanómetros de tamaño podría evitar congelarse a -44 ° C si entra en contacto con una interfaz blanda».
Ya se sabe que el punto de congelación del agua cae cuando se aplica presión, dice el Dr. Christopher S. Baird de West Texas A&M University, que no participó en el estudio.
«Para la mayoría de los líquidos, la aplicación de presión aumenta la temperatura a la que el líquido se solidifica», dijo.
Cada molécula de agua contiene dos átomos de hidrógeno (H) unidos a un solo átomo de oxígeno (O)
“Un sólido se forma cuando moléculas sueltas y serpenteantes en un líquido se vuelven lo suficientemente lentas y cercanas para formar enlaces estables que las mantienen en su lugar.
“Cuando aplicamos presión sobre un líquido, forzamos a las moléculas a unirse. Por lo tanto, pueden formar enlaces estables y volverse sólidos incluso si tienen una temperatura por encima del punto de congelación a presión estándar.
“Sin embargo, el agua es algo única. Las moléculas de agua se esparcen cuando se unen para formar una estructura cristalina sólida.
“Esta acción de esparcir las moléculas de agua durante la congelación también significa que aplicar presión al agua reduce el punto de congelación. »
Las anomalías en el agua, como la forma en que se congela, son clave para muchos procesos naturales y tecnológicos.
El nuevo estudio también podría ayudar con la predicción del clima, las condiciones nubladas, la criopreservación de órganos y las tecnologías expuestas a condiciones de hielo como aviones y turbinas eólicas, según el equipo de la Universidad de Houston.
Su estudio fue publicado en Comunicación de la naturaleza.
LOS CIENTÍFICOS CREAN UNA FASE DE AGUA MISTERIAL – ‘EL HIELO SUPERSÓNICO’ – QUE SE PENSAMOS PARA SER COMÚN DENTRO DE PLANETAS CONGELADOS COMO URANO
Los científicos han creado una fase misteriosa del agua, llamada «hielo superiónico», emitiendo rayos X a través de un diamante en el laboratorio.
Se requieren condiciones extremas para producir hielo superiónico, a veces denominado «hielo caliente», que se agrega a las otras fases bien conocidas del agua: hielo sólido, agua líquida y vapor de gas.
El hielo superiónico es una forma cristalina especial, mitad sólida, mitad líquida, y es eléctricamente conductor.
El hielo superiónico se forma a temperaturas y presiones extremadamente altas en los centros de planetas como Neptuno y Urano en el sistema solar exterior. En la foto, una sección transversal de Urano.
Se forma a temperaturas y presiones extremadamente altas en el centro de planetas como Neptuno y Urano en el sistema solar exterior.
Aprender más sobre las diferentes fases del H2O, de las cuales hay varias, podría ayudar a encontrar vida en otros planetas, creen los científicos.
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