Descubren una nueva forma molecular del hielo que ni la naturaleza puede sostener

En mitad de la temporada en la que el estado de Nebraska (EE.UU.) se transforma en una pista de hielo al aire libre, un equipo de investigación dirigido desde la Universidad de Nebraska-Lincoln ha pronosticado una nueva forma molecular de hielo que ni siquiera la naturaleza es capaz de sostener.

El hielo propuesto, que los investigadores describen en la revista Advances Science, sería alrededor de un 25 por ciento menos denso que el menos denso registrado hasta ahora, sintetizado por un equipo europeo en 2014.

Si este nuevo hielo se pudiera sintetizar, se convertiría en la 18ª forma cristalina conocida del agua -y la primera descubierta en Estados Unidos desde antes de la Segunda Guerra Mundial.

«Hemos realizado una gran cantidad de cálculos centrados en si este es o no sólo un hielo de baja densidad, o tal vez el hielo de menor densidad hasta la fecha», dice Xiao Cheng Zeng, profesor de química y co-autor del estudio, en la información de la universidad. «Mucha gente está interesada en la predicción de una nueva estructura de hielo más allá de las conocidas.»

Este hallazgo representa el último de una larga línea de investigación de Zeng relacionada con el hielo; previamente había descubierto un «hielo de Nebraska» de dos dimensiones que se contrae en lugar de expandirse cuando se congela bajo ciertas condiciones.

Este nuevo estudio utiliza un algoritmo computacional y una simulación molecular para determinar los rangos de presión y temperatura extremas en los que el agua se congelaría en la configuración prevista. Esa configuración toma la forma de un clatrato: básicamente una serie de moléculas de agua que forman una estructura en forma de jaula entretejida.

Se creyó durante mucho tiempo que estas jaulas podrían mantener su integridad estructural sólo si acogieran «moléculas huésped», como metano, que rellena abundantes clatratos naturales que se encuentran en el fondo del océano y en el permafrost. Sin embargo, al igual que el equipo europeo, Zeng y sus colegas han calculado que su clatrato conservaría su estabilidad, incluso después de desalojar sus moléculas huésped.

Síntesis

En realidad sintetizar el clatrato requerirá un poco de esfuerzo. Según los cálculos del equipo, el nuevo hielo se forma sólo cuando las moléculas de agua se colocan dentro de un espacio cerrado que se somete a ultra alta presión, en expansión hacia el exterior.

¿Hasta qué punto? A menos -23º centígrados, el espacio tendría que estar rodeado de una presión de expansión alrededor de cuatro veces mayor que la que se encuentra en la zanja más profunda del Océano Pacífico. A -273, es decir, el 0 absoluto, la presión tendría que ser aún mayor: más o menos la misma que experimenta una persona llevando al hombro 300 aviones jumbo a nivel del mar.

Las moléculas huésped tendrían que ser extraídas a través de un proceso de aspiración realizado por primera vez por el equipo europeo, que según Zeng es el que inspiró a su propio grupo para llevar a cabo el nuevo estudio.

Sin embargo, Zeng dice que también las maravillas del hielo ordinario -el que ha cubierto la Tierra durante miles de millones de años- también han motivado la investigación de su equipo.

«El agua y el hielo son siempre interesantes porque tienen mucha importancia para los seres humanos y la vida», dice Zeng. «Si se piensa en ello, la baja densidad del hielo natural protege el agua que hay debajo de ella; si fuera más denso, el agua se congelaría de abajo hacia arriba, y no hay especies vivas que pudieran sobrevivir. Así que la combinación de la Madre Naturaleza es simplemente perfecta».

Si se confirma, la nueva forma de hielo se llamará Hielo XVII (los dos primeros hielos descubiertos se llaman Hielo Ih y Hielo Ic).

En la investigación han participado también la Academia China de Ciencias, la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, y la Universidad Tecnológica de Dalian, también de China.

Referencia bibliográfica:

Y. Huang, C. Zhu, L. Wang, X. Cao, Y. Su, X. Jiang, S. Meng, J. Zhao, X. C. Zeng: A new phase diagram of water under negative pressure: The rise of the lowest-density clathrate s-III. Science Advances (2016). DOI: 10.1126/sciadv.1501010.