MADRID

Científicos de la Universidad de Estocolmo han descubierto dos fases del líquido del agua con grandes diferencias en estructura y densidad, gracias a estudios experimentales utilizando rayos X.

El agua es esencial para la existencia humana en el planeta Tierra, pero es menos conocido que el agua tiene muchas propiedades extrañas o anómalas y se comporta de manera muy diferente a todos los demás líquidos. Algunos ejemplos son el punto de fusión, la densidad o la capacidad calorífica. En total, hay más de 70 propiedades del agua que difieren de la mayoría de los líquidos; unas propiedades anómalas que son un requisito previo para la vida tal como se conoce hoy en día.

La nueva característica notable es que encontramos que el agua puede existir como dos líquidos diferentes a bajas temperaturas donde la cristalización del hielo es lenta", explica uno de los investigadores, Anders Nilsson, profesor de Física Química en la Universidad de Estocolmo.

Este avance para entender el agua, publicado en Proceedings of the National Academy of Science', ha sido posible a través de una combinación de estudios utilizando rayos X en el 'Argonne National Laboratory', cerca de Chicago, donde las dos estructuras diferentes se hicieron evidentes y en el laboratorio de grandes rayos X DESY en Hamburgo, Alemania, donde pudo investigarse la dinámica, y se demostró que las dos fases eran en realidad ambas fases líquidas.

Así, el agua puede existir como dos líquidos diferentes.

Es muy emocionante poder utilizar los rayos X para determinar las posiciones relativas entre las moléculas en diferentes momentos --subraya el investigador postdoctoral en la Universidad de Estocolmo con experiencia en espectroscopía óptica ultrarrápida, Fivos Perakis--. En particular, hemos sido capaces de seguir la transformación de la muestra a bajas temperaturas entre las dos fases y demostrado que hay difusión como es típico en los líquidos".

Cuando se piensa en el hielo, lo más a menudo es una fase ordenada y cristalina, pero la forma más común del hielo en el sistema planetario es amorfa, desordenada, y hay dos formas de hielo amorfo con baja y alta densidad. Las dos formas pueden inter-convertirse y se ha especulado que pueden estar relacionadas con formas de agua líquida de baja y alta densidad. Investigar experimentalmente esta hipótesis ha sido un gran desafío que el grupo de Estocolmo ha superado ahora.

DOS LÍQUIDOS SIMPLES CON UNA COMPLEJA RELACIÓN

He estudiado los hielos amorfos durante mucho tiempo con el objetivo de determinar si se les puede considerar un estado vítreo que representa un líquido congelado --apunta la investigadora en Física Química en la Universidad de Estocolmo, Katrin Amann-Winkel--. Es un sueño hecho realidad seguir tan detalladamente cómo un estado vidrioso del agua se transforma en un líquido viscoso que se cambia casi inmediatamente a un líquido diferente, incluso más viscoso, de densidad mucho más baja".

La posibilidad de hacer nuevos descubrimientos en el agua es totalmente fascinante y una gran inspiración para mis estudios --considera el estudiante de doctorado en Física Química en la Universidad de Estocolmo, Daniel Mariedahl--. Es particularmente emocionante que la nueva información haya sido proporcionada por rayos X, ya que el pionero de la radiación de rayos X Wolfgang Röntgen especuló que el agua puede existir en dos formas diferentes y que la interacción entre ellas podría dar lugar a sus extrañas propiedades".

Los nuevos resultados dan un fuerte apoyo a una imagen en la que el agua a temperatura ambiente no puede decidir en cuál de las dos formas debe estar, alta o baja densidad, lo que da lugar a fluctuaciones locales entre las dos --asegura por su parte el profesor de Física Química Teórica en la Universidad de Estocolmo, Lars G.M. Pettersson--. En pocas palabras: el agua no es un líquido complicado, sino dos líquidos simples con una relación complicada".

Estos nuevos resultados no sólo crean una comprensión global del agua a diferentes temperaturas y presiones, sino también cómo el agua se ve afectada por sales y biomoléculas importantes para la vida. Además, entender al máximo el agua puede conducir a nuevos conocimientos sobre cómo purificar y desalinizar el agua en el futuro, lo que será uno de los principales desafíos para la humanidad en vista del cambio climático global.