Un nuevo estudio proporciona una fuerte evidencia sobre los verdaderos estados del agua. De acuerdo con los científicos, a temperaturas muy frías el agua puede existir en dos formas líquidas distintas, una menos densa y más estructurada que la otra.
Investigadores de la Universidad de Princeton y la Universidad Sapienza de Roma han descubierto dos formas líquidas del agua con diferencias en su estructura y densidad. Una teoría controvertida formulada hace casi 30 años, la cual no había podido ser demostrada.
Entre las propiedades del agua se destaca que es la única sustancia que se puede encontrar en los tres estados de la materia, líquido, sólido y gaseoso, de forma natural en la Tierra. En su forma sólida es hielo, razón por la que es menos densa que la líquida y por eso flota.
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El estudio, publicado en la revista Science, indica que a través de simulaciones por computador de moléculas de agua se pudieron descubrir los estados y el punto crítico en el que una fase líquida se transforma en la otra.
El punto crítico es un valor único de temperatura y presión en el que dos fases de la materia se vuelven indistinguibles, y ocurre justo antes de que la materia se transforme de una fase a otra.
De esta manera, los científicos utilizaron dos métodos computacionales diferentes y dos modelos informáticos de agua altamente realistas. Como resultado, el equipo identificó el punto crítico líquido-líquido del agua en un rango de aproximadamente 190 a 170 grados Kelvin (es decir, cerca de -83.15 °C a -103.15 °C); a una presión atmosférica 2.000 veces mayor que la presión atmosférica a nivel del mar.
Lo anterior significa que, previo al congelamiento del agua, las dos fases coexisten en un equilibrio a temperaturas bajo 0 y a presiones altas. A medida que baja la temperatura, las dos fases líquidas intentan mantenerse hasta que una gana y todo el líquido se vuelve de baja densidad, dando paso a su transformación sólida.
“La detección del punto crítico es un paso importante para los investigadores para determinar la explicación física de las propiedades inusuales del agua. Hace varias décadas, los físicos teorizaron que enfriar el agua a temperaturas por debajo de su punto de congelación, mientras lo mantenían como líquido, expondría las dos formas líquidas únicas del agua a presiones suficientemente altas”, indicó la Universidad de Princeton.
El agua tiene un alto índice específico de calor, es decir, tiene la capacidad de absorber mucho calor antes de que suba su temperatura. No tiene color, sabor ni olor. Su punto de congelación es a 0°C, mientras que el de ebullición es a 100 °C (a nivel del mar).
Para probar la teoría, los investigadores recurrieron a las simulaciones por ordenador. Hasta ahora, los experimentos con moléculas de agua realistas no dieron evidencia irrefutable de un punto crítico, por la tendencia del agua sobreenfriada a congelarse rápidamente en hielo.
Con este este nuevo hallazgo, además de comprender las propiedades del agua, se entiende por qué el agua no es reemplazable por otro líquido y es esencial para la vida; algo que puede tener que ver con el comportamiento anormal del agua, ya que otros líquidos no muestran esos comportamientos.
El agua está presente en un 71% del planeta y es un elemento de la naturaleza. Su importancia para el ser humano radica en que tan solo el cuerpo de una persona está compuesta por un 60% de agua. Esto significa que, de no tener el líquido vital, en cuestión de días podría morir.
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