Los dos estados del agua líquida

Este artículo fue tomado del número mensual 887 de Sciences et Avenir-La Recherche, de enero de 2021.

El agua puede existir en dos fases líquidos tan diferentes que ni siquiera se mezclarían en un vaso! Esto es lo que publicó un estudio a finales de noviembre de 2020 en la revista Ciencias . Obviamente, tal fenómeno no se observa a temperatura y presión ambiente, requiere condiciones extremas. Estos corresponden a lo que los investigadores llaman tierra de nadie del diagrama de fases, este gráfico que describe el estado del agua en función de la temperatura y la presión (ver ilustración del artículo) . Esta zona está entre -110 ° C y -40 ° C. El agua está súper enfriada: en forma líquida, se convierte en hielo muy rápidamente a la menor perturbación. Lo que dificulta cualquier observación. Los investigadores exploraron una parte de esta área a alrededor de -70 ° C, a presiones entre 2000 y 3000 veces la presión atmosférica.

“Estas dos fases fueron predichas por simulaciones en la década de 1990”

Y fue allí donde observaron que el agua líquida, compuesta por la definición de moléculas en movimiento, puede existir en dos configuraciones. “Hay una apariencia de organización en estas condiciones extremas, explica Anders Nilsson, de la Universidad de Estocolmo (Suecia), primer autor del estudio. El agua, sometida a la menor presión, tiene una estructura similar a la del hielo, llamada hexagonal, pero muy deformada, y que permite la movilidad de las moléculas. Bajo mayor presión, la organización dura aproximadamente, pero el espacio entre las moléculas es menor. “ La diferencia de densidad entre las fases alcanza en realidad el 20%, lo que explica por qué una flotaría sobre la otra. “Estas dos fases fueron predichas por simulaciones en la década de 1990, comenta Laurent Michot, del Laboratorio de Física-Química de Electrolitos y Nanosistemas Interfaciales (CNRS / Universidad de la Sorbona). En los últimos tres años se han producido intentos más o menos exitosos de observarlos, pero ninguno ha demostrado su existencia de forma tan irrefutable y elegante. “

Un pulso láser recrea condiciones extremas

Para lograr este resultado, los investigadores enviaron un pulso de láser infrarrojo de 10 a 10 segundos a muestras de hielo. Bajo el efecto del láser, el hielo se calienta y comprime brevemente, lo que crea las condiciones extremas deseadas. La fase líquida aparece primero a alta presión, luego a menor presión cuando pasa el efecto láser. La estructura del agua se deduce por difracción de rayos X. “Nuestro estudio es el primero en observar el paso del agua de una fase a otra », Concluye Anders Nilsson. Este avance debería, en particular, permitir distinguir los modelos informáticos que buscan describir el comportamiento del agua, porque no todos predicen estas fases.