La deslumbrante belleza de un copo de nieve es un testimonio de las asombrosas formas que el agua puede formar por debajo del punto de congelación.
Bajo presión, la danza H. fue2La molécula de O se vuelve extraña a temperaturas extremadamente frías, anudándose efectivamente para evitar convertirse en hielo.
Investigadores de la Universidad de Birmingham en el Reino Unido y la Sapienza Università di Roma en Italia han examinado el comportamiento de las moléculas en agua líquida a presión en condiciones que normalmente conducen a su cristalización.
Basándose en un nuevo método para modelar el comportamiento del agua como suspensión de partículas, identificaron las características principales de dos estados líquidos diferentes; Uno es «topológicamente complejo», enlazado en un nodo superior similar a los nodos salados, y el otro con una configuración menos densa de bucles más simples.
«Este modelo coloidal de agua proporciona una lupa en el agua molecular, lo que nos permite desentrañar los misterios del agua en relación con la historia de dos líquidos». Dice Químico de la Universidad de Birmingham, Dwipayan Chakrabarti.
teorías Ambientada en la década de 1990 Hice alusión a los tipos de interacciones moleculares que pueden ocurrir cuando el agua es Super guay Enfriado a temperaturas por debajo del punto de congelación típico sin solidificación.
Los científicos han sido superar los límites en enfriar el agua sin convertirse en un estado sólido desde hace años, finalmente logré mantenerlo En forma de un líquido caótico a una temperatura muy fría de -263°C (-441°F) por un instante sin convertirse en hielo.
Por mucho que se haya avanzado en la demostración de estos estados en el laboratorio, los científicos todavía están tratando de determinar exactamente cómo se ven los líquidos superenfriados cuando se les priva de calor.
Es evidente que en los puntos críticos, las atracciones polares que compiten entre las moléculas de agua se elevan por encima del zumbido termodinámico de las moléculas en vibración. Sin espacio para moverse en forma de cristal, las moléculas necesitan encontrar otras configuraciones convenientes.
Con tantos factores en juego, los investigadores suelen intentar simplificar lo que pueden y centrarse en variables importantes. En este caso, mirar los «grumos» de agua como si fueran moléculas más grandes disueltas en el líquido ayuda a comprender mejor las transiciones de un arreglo a otro.
Los modelos informáticos basados en esta perspectiva indicaron un ligero cambio entre el agua espaciada y la forma hecha de partículas que se asentaron más juntas en una forma más densa.
Curiosamente, la forma, o topología, de las interacciones moleculares en este paisaje acuoso también se veía muy diferente, con moléculas que se enredan en redes complejas a medida que se ensamblan, o formas más simples a medida que se separan.
“En este trabajo, proponemos, por primera vez, una demostración de la transición de fase líquido a líquido basada en la red enredo ideas,» Dice Francesco Sciortino, físico de materia condensada en la Sapienza Università di Roma.
«Estoy seguro de que este trabajo inspirará nuevos modelos teóricos basados en conceptos topológicos».
Este extraño espacio de redes de partículas entrelazadas está listo para ser explorado. Aunque no son muy diferentes de las largas cadenas de moléculas unidas covalentemente, estos nodos son transitorios, intercambiando órganos a medida que cambia el entorno líquido.
Debido a sus interacciones entrelazadas, la naturaleza del agua líquida que se encuentra en ambientes de alta presión y bajas temperaturas debe ser muy diferente de cualquier cosa que encontremos fluyendo en la superficie de la Tierra.
Saber más sobre el comportamiento topológico no solo del agua en estas condiciones, sino también de otros líquidos, podría darnos una idea de la actividad de los materiales en entornos extremos o de difícil acceso, como las profundidades de planetas distantes.
«Sueña lo hermoso que sería si pudiéramos mirar dentro del líquido y observar la danza de las moléculas de agua, la forma en que parpadean, la forma en que intercambian socios, reestructurando la red de enlaces de hidrógeno». Dice Sciortino.
“La realización del modelo coloidal de agua que proponemos puede hacer realidad este sueño”.
Esta investigación fue publicada en Física de la naturaleza.
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