Los científicos pudieron mantener las gotas de agua en forma líquida a -47.2 grados Fahrenheit

Un nuevo estudio muestra que el punto de congelación final del agua acaba de caer.

Los científicos de Texas han logrado reducir el límite en el que el agua (H2O) se congela a -47,2 grados Fahrenheit (-44 grados Celsius), por debajo de -36,4 grados Fahrenheit (-38 grados Celsius).

Los expertos hicieron su récord utilizando gotas con un diámetro de solo 2 nanómetros, 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 puede ayudar a la investigación en ciencia planetaria, como evaluar las condiciones en otros mundos.

Investigadores de la Universidad de Houston informan de un cambio de fase del hielo de agua de hasta 2 nanómetros (nm) de diámetro.

Los investigadores pusieron gotas de hasta 2 nanómetros de tamaño en contacto con interfaces suaves, como geles y lípidos. Una ilustración del artículo de investigación del equipo muestra un nanoelectrodo encerrado en aceite donde ocurre la nucleación del hielo, el proceso principal que ocurre en la formación de cristales a partir de una solución.

Los investigadores pusieron gotas de hasta 2 nanómetros de tamaño en contacto con interfaces suaves, como geles y lípidos. Una ilustración del artículo de investigación del equipo muestra un nanoelectrodo encerrado en aceite donde ocurre la nucleación del hielo, el proceso principal que ocurre en la formación de cristales a partir de una solución.

¿Cómo se ve el hielo?

El agua está formada por dos átomos de hidrógeno unidos a un átomo de oxígeno.

Sin embargo, debido a la distribución desigual de electrones en estas moléculas, los átomos de hidrógeno adquieren una débil carga positiva mientras que los átomos de oxígeno adquieren una carga negativa.

Esta agua líquida le confiere muchas de sus propiedades inusuales, pero también afecta la estructura cristalina que adquiere cuando se congela.

Una vez que las temperaturas caen por debajo del punto de congelación del agua, las cargas eléctricas en las moléculas hacen que se forme una estructura de celosía abierta, razón por la cual el agua se expande cuando se congela.

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El deslizamiento ocurre cuando la presión o la fricción hacen que una fina capa de hielo se derrita, lo que reduce la tracción de la superficie.

Anteriormente, se sabía que una gota de agua se congelaba a cualquier temperatura entre 32 ° F y -36.4 ° F (0 ° C a -38 ° C).

Según los autores del estudio, la congelación por debajo de este grado ha sido inevitable hasta ahora. en la Universidad de Houston.

«La transformación del hielo de agua de unas pocas gotitas a nanoescala juega un papel crítico en la naturaleza, incluido el cambio climático, la microfísica de las nubes, el mecanismo de supervivencia animal en ambientes fríos y una amplia gama de tecnologías», dicen.

Los resultados proporcionan una comprensión de varios fenómenos naturales y proporcionan un camino para el diseño de anticongelante biomimético ultra alto o superficies lisas llenas de líquido.

La transformación del agua en hielo es uno de los mayores misterios de la ciencia, según el equipo, y cómo y por qué sucede es objeto de un intenso escrutinio.

El agua en realidad tiene algunas propiedades 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, que es lo que hace que los lagos se congelen desde arriba en lugar de desde abajo.

Sorprendentemente, las nanogotas de agua más pequeñas en las que se puede formar hielo no tienen más de 90 moléculas de agua, una décima parte del tamaño del virus más pequeño.

Para aprender más sobre la cristalización del agua en hielo a nivel molecular, el equipo colocó gotas tan pequeñas como 2 nanómetros de tamaño en contacto con interfaces blandas, como geles y lípidos.

Descubrieron que eran capaces de mantener pequeñas gotas como líquido hasta -47,2 grados Fahrenheit al entrar en contacto con superficies blandas.

Se cree que la supresión de la nucleación del hielo, el proceso inicial que ocurre en la formación de cristales a partir de una solución, se debe a la presión sobre las gotas de la interfaz blanda.

«Descubrimos que si una gota de agua está en contacto con una interfaz blanda, la temperatura de congelación puede ser mucho 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 puede evitar congelarse a -44 grados Celsius si entra en contacto con una interfaz blanda».

Ya se sabe que el punto de congelación del agua disminuye durante la presión, explica el Dr. Christopher S. Baird de West Texas A&M University, que no participó en el estudio.

«Para la mayoría de los líquidos, presionar el agua aumenta la temperatura a la que el líquido se congela para convertirse en un sólido», dijo.

Cada molécula de agua contiene dos átomos de hidrógeno (H) unidos a un átomo de oxígeno (O).

Cada molécula de agua contiene dos átomos de hidrógeno (H) unidos a un átomo de oxígeno (O).

Un sólido se forma cuando las moléculas sueltas y onduladas de un líquido se ralentizan lo suficiente y se acercan lo suficiente para formar enlaces estables que las mantienen en su lugar.

Cuando presionamos sobre un líquido, forzamos a las moléculas a acercarse entre sí. Por lo tanto, puede formar enlaces estables y volverse sólido incluso si la temperatura está por encima del punto de congelación a presión estándar.

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Sin embargo, el agua es algo único. Las moléculas de agua se difunden cuando se unen en una estructura cristalina sólida.

«Esta acción de difusión de las moléculas de agua durante la congelación también significa que la presión sobre el agua reduce el punto de congelación».

La deformación del agua, al igual que la forma en que se congela, es clave para muchos procesos naturales y tecnológicos.

El equipo de la Universidad de Houston dice que el nuevo estudio también podría ayudar a predecir el clima, las condiciones de las nubes, la criopreservación de órganos y las tecnologías expuestas a las condiciones del hielo, como aviones y turbinas eólicas.

Su estudio fue publicado en Comunicaciones de la naturaleza.

Los científicos crean una fase misteriosa del agua, ‘hielo supersónico’, que se cree que se comparte dentro de planetas congelados como Urano.

Los científicos han creado una fase misteriosa del agua, llamada «superhielo», enviando rayos X a través de diamantes en un laboratorio.

Se necesitan condiciones extremas para producir hielo superiónico, a veces denominado «hielo caliente», que se suma a las otras fases bien conocidas del agua: hielo sólido, agua líquida y gas de vapor.

El hielo superionizado es una forma de cristal especial, mitad sólida y mitad líquida, que es conductora de electricidad.

El hielo superionizado se forma a temperaturas y presiones extremadamente altas en el centro de planetas como Neptuno y Urano en el sistema solar exterior. En la imagen hay un clip de Urano.

El hielo superionizado se forma a temperaturas y presiones extremadamente altas en el centro de planetas como Neptuno y Urano en el sistema solar exterior. En la imagen hay un clip de Urano.

Formado a temperaturas y presiones extremadamente altas en el centro de planetas como Neptuno y Urano en el sistema solar exterior.

Los científicos creen que aprender más sobre las diferentes fases del H2O, de las cuales hay muchas, podría ayudar a encontrar vida en otros planetas.

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