El agua reacciona de manera muy inusual a temperaturas muy bajas. Empecemos por el hecho de que cuando se enfría, contrariamente a la lógica, el agua no se encoge, sino que se expande (por eso el hielo tiene la propiedad de flotar). El agua fría es menos compresible que el agua caliente. Además, cuando se congelan, las moléculas de agua pueden cambiar su posición de todas las formas posibles.
Todo esto es difícil de encontrar una explicación, y las teorías existentes provocan una feroz controversia en los círculos científicos. Uno de ellos se formuló hace casi tres décadas y fue que el agua helada puede existir en dos formas líquidas diferentes, una de las cuales tiene una estructura menos densa. En otras palabras, hay dos tipos de agua, cada uno de los cuales es un líquido separado. Es difícil probar esta teoría en un laboratorio, pero los científicos italianos han logrado encontrar pruebas para defenderla. El estudio se publicó recientemente en la revista Science.
En su estudio, los científicos Pablo Debenedetti y Gul H. Zerze de la Universidad de Princeton y Francesco Shortico de La Sapienza en Roma sugieren que el "segundo punto crítico del agua" ocurre a temperaturas que van desde -83 a -100 grados y a presiones atmosféricas casi 2000 veces más altas. que la presión sobre el nivel del mar. El punto crítico es el único valor de temperatura y presión en el que dos fases de una sustancia se vuelven indistinguibles, y esto sucede justo antes de que la sustancia pase de una fase a otra. El agua, por ejemplo, tiene un punto crítico bien conocido en la transición de líquido a vapor.
"Imagínense nuestra alegría cuando vimos que las fluctuaciones críticas proceden exactamente como esperábamos, - explica Sortino, - ahora puedo dormir tranquilo, porque después de 25 años mi idea finalmente ha encontrado confirmación".
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Hasta ahora, los experimentos que usaban moléculas de agua reales para probar el segundo punto crítico del agua "sobreenfriada" no podían proporcionar una evidencia inequívoca de su existencia. Esto se debe en gran parte al hecho de que el agua helada generalmente se convierte en hielo, dijo Debenedetti.
Por este motivo, los investigadores decidieron recurrir al uso de modelos informáticos. El proceso es realmente laborioso: a pesar del alto poder de las supercomputadoras modernas, los científicos pasaron 18 meses haciendo los cálculos necesarios para crear modelos.
En las simulaciones, cuando la temperatura aún estaba lejos del punto de congelación, la densidad del agua comenzó a fluctuar mucho. Como resultado, los científicos lograron encontrar el punto crítico que buscaban en dos modelos informáticos de agua diferentes. Al mismo tiempo, para encontrar el punto crítico del agua en ambos modelos, se aplicaron diferentes enfoques computacionales.
Al igual que con la transición de la fase líquida a la fase gaseosa, el agua helada puede cambiar a dos fases diferentes, dependiendo de cómo se reorganicen sus moléculas. Así, en un líquido de baja densidad, cuatro moléculas se agrupan alrededor de una molécula central para formar un tetraedro. Sin embargo, en un líquido de mayor densidad, entra en juego la sexta molécula, lo que provoca un aumento de su densidad.
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En su artículo, los investigadores escriben que "dentro de los límites de nuestras capacidades computacionales, se ha probado la existencia de un punto crítico metaestable en la etapa de enfriamiento profundo de las moléculas de agua".
Naturalmente, ahora esta conclusión debe ser confirmada por otros experimentos, "utilizando medios computacionales más precisos y costosos".
