✨︎ Resumen (TL;DR):
- Un equipo de la Universidad de Estocolmo probó la existencia del segundo punto crítico del agua a –63°C.
- Los investigadores utilizaron pulsos ultracortos de rayos X para analizar el líquido antes de que se congelara en nanosegundos.
- El hallazgo explica las extrañas propiedades físicas y térmicas que separan al agua de todos los demás líquidos conocidos.
Un equipo liderado por Anders Nilsson de la Universidad de Estocolmo produjo la primera evidencia experimental directa de que el agua posee un segundo punto crítico oculto. Los investigadores localizaron este estado a –63°C y 1,000 veces la presión atmosférica, resolviendo un debate de más de tres décadas y explicando por qué este elemento se comporta de forma tan distinta a cualquier otro líquido.
El principal obstáculo durante estos 34 años fue la velocidad de cristalización. Cuando la temperatura desciende por debajo de los –38°C, el agua subenfriada se convierte en hielo en cuestión de nanosegundos. Los científicos bautizaron esta región extrema de temperatura y presión como la “tierra de nadie”, ya que su medición directa parecía físicamente imposible.
Para superar esta barrera técnica, el equipo utilizó pulsos de rayos X ultracortos en el Laboratorio del Acelerador de Pohang en Corea del Sur. El método consistió en derretir rápidamente pequeñas muestras de hielo amorfo y registrar los datos del líquido resultante justo antes de su punto de congelación.
“Lo especial fue que pudimos aplicar rayos X a una velocidad inimaginable antes de que el hielo se congelara y pudimos observar cómo desaparece la transición líquido-líquido y emerge un nuevo estado crítico”, detalló Nilsson. “Durante décadas ha habido especulaciones y diferentes teorías para explicar estas notables propiedades, y una teoría ha sido la existencia de un punto crítico. Ahora hemos descubierto que ese punto existe”.
El fin de la “tierra de nadie” termodinámica
El segundo punto crítico del agua es un estado termodinámico que marca el límite donde una transición de fase separa al líquido en dos formas distintas: una de alta densidad y otra de baja densidad. La idea fue planteada originalmente en 1992 por Peter Poole, Francesco Sciortino y H. Eugene Stanley a partir de simulaciones por computadora.
El nuevo trabajo, publicado este jueves en la revista Science, documentó cómo reacciona el elemento en estas condiciones extremas:
- La dinámica molecular se ralentiza drásticamente al acercarse al punto crítico.
- Las moléculas del agua fluctúan activamente entre configuraciones de alta y baja densidad.
- Estas fluctuaciones son responsables de sus mayores anomalías, incluyendo su densidad máxima cerca de los 4°C, su inusual compresibilidad y su capacidad calorífica.
“Parece casi como si no pudieras escapar del punto crítico si entras en él, casi como un agujero negro”, afirmó Robin Tyburski, investigador del equipo.
Validar este modelo cambia de tajo el entendimiento sobre la mecánica cuántica y clásica del líquido más abundante de la Tierra. “Los investigadores que estudian la física del agua ahora pueden decidirse por el modelo de que el agua tiene un punto crítico en el régimen subenfriado”, concluyó Nilsson. “La siguiente etapa es descubrir las implicaciones de estos hallazgos sobre la importancia del agua en procesos físicos, químicos, biológicos, geológicos y relacionados con el clima”.
