El agua, el elemento más esencial para la vida tal como la conocemos, continúa sorprendiendo a los científicos con sus inusuales propiedades. Recientemente un grupo de investigadores de la Universidad de California en San Diego (UCSD) ha hecho un descubrimiento asombroso: el agua puede existir en dos formas líquidas distintas al mismo tiempo, bajo condiciones extremas de presión y temperatura bajas. Este hallazgo, publicado en la revista Nature Physics, abre nuevas puertas en el estudio de este líquido vital y proporciona una nueva perspectiva sobre el complejo comportamiento del agua.
Un comportamiento inesperado
El agua, con su fórmula simple H₂O, ha sido un objeto de estudio fundamental durante siglos. Sin embargo, a pesar de su familiaridad, sus características siguen desafiando a la ciencia. En condiciones normales, se conoce que el agua puede existir en tres estados: sólido (hielo), líquido (agua) y gaseoso (vapor). Pero este nuevo descubrimiento lleva a los científicos a cuestionar una visión aparentemente simple del agua.
Durante años se ha teorizado que el agua podría existir en diferentes formas de líquidos dependiendo de las condiciones externas. No obstante, hasta ahora nunca se había observado que el agua líquida pudiera existir en dos fases separadas a la vez. Según el nuevo estudio, en lugar de existir en una sola fase líquida bajo ciertas condiciones extremas, el agua puede dividirse en dos líquidos diferentes que coexisten simultáneamente.
Experimento
Francesco Paesani, profesor de química y bioquímica en la UCSD lideró un equipo que combina química, física e informática para desarrollar modelos avanzados de comportamiento molecular. Mediante aprendizaje automático y algoritmos computacionales, su grupo creó simulaciones altamente realistas que se ajustan estrechamente a las observaciones experimentales.
“Nuestro modelo de agua es tan realista que casi puedes beberlo”, afirmó Paesani.
Así, el equipo de investigadores de Paesani llevó a cabo experimentos utilizando agua líquida a temperaturas extremadamente bajas y presiones muy altas. Para lograrlo, enfriaron agua hasta casi alcanzar el punto de congelación, pero manteniendo una temperatura lo suficientemente baja para que el agua permaneciera en su fase líquida. Luego aplicaron presiones extremadamente altas, similares a las que se encontrarían a miles de kilómetros bajo la superficie de la Tierra.
Bajo estas condiciones el agua líquida se separó espontáneamente en dos fases líquidas distintas: una más densa y otra menos densa. Aunque ambas fases eran líquidas, sus propiedades físicas eran diferentes. La fase más densa se comportaba de manera similar a un líquido convencional, mientras que la fase menos densa tenía propiedades muy distintas, lo que sugiere que estas fases líquidas pueden tener estructuras moleculares radicalmente diferentes entre sí.
Trascendencia
Este hallazgo tiene importantes implicaciones tanto para la ciencia fundamental como para aplicaciones tecnológicas en el futuro. El comportamiento inusual del agua bajo estas condiciones extremas podría ayudar a los científicos a entender mejor el comportamiento de otros líquidos y sus interacciones a escalas nanométricas. Las fases líquidas coexistentes podrían ser una característica clave para comprender cómo las moléculas de agua se organizan en diferentes entornos, lo cual es fundamental para los estudios de la biología y la química.
Además, este descubrimiento puede proporcionar nuevas perspectivas sobre el comportamiento de los materiales en el interior de planetas o en las profundidades de océanos extremos, donde las condiciones de temperatura y presión son muy diferentes a las que experimentamos en la superficie terrestre. Las fases líquidas del agua podrían tener un papel crucial en la geofísica de planetas como Europa, una luna de Júpiter que se cree que alberga un océano subterráneo de agua.
Coexistencia de las fases líquidas del agua
En términos sencillos, un líquido puede adoptar varias fases dependiendo de su temperatura y presión. Normalmente, un líquido se encuentra en una sola fase, con moléculas moviéndose aleatoriamente, pero manteniendo una estructura cohesionada. Sin embargo, en condiciones de alta presión y bajas temperaturas las moléculas de agua pueden experimentar diferentes configuraciones estructurales, lo que puede dar lugar a la separación en dos líquidos distintos. Aunque estas fases son ambas líquidas su diferencia radica en la organización y la densidad de las moléculas.
Para comprender mejor cómo ocurre este fenómeno los científicos utilizaron simulaciones computacionales y experimentos de laboratorio para observar las interacciones moleculares en tiempo real. Lo que encontraron fue que el agua líquida no es homogénea a nivel molecular sino que, en estas condiciones extremas, puede formar dos tipos de redes de moléculas de agua que coexisten de forma estable.
La investigación sobre el agua continúa siendo un campo de estudio fascinante, y este reciente descubrimiento es solo el último ejemplo de cómo la ciencia sigue revelando nuevos secretos sobre este líquido esencial para la vida. Los descubrimientos sobre el agua no dejan de sorprender y su estudio sigue siendo un desafío apasionante para los científicos de todo el mundo.
Implicaciones para el estudio de otros líquidos
Este fenómeno no se limita solo al agua. Aunque el agua es única en muchos aspectos, el comportamiento de las moléculas de agua bajo alta presión y bajas temperaturas podría ser un fenómeno que también se presenta en otros líquidos. Este descubrimiento podría cambiar nuestra comprensión de los líquidos en general y cómo se comportan bajo condiciones extremas. Además, este hallazgo podría tener aplicaciones importantes en el diseño de nuevos materiales y en la investigación de otros líquidos en estados inusuales.
Fuente: UCSD