{"id":25282,"date":"2021-11-16T09:30:25","date_gmt":"2021-11-16T15:30:25","guid":{"rendered":"https:\/\/otech.uaeh.edu.mx\/noti\/?p=25282"},"modified":"2021-11-16T09:30:37","modified_gmt":"2021-11-16T15:30:37","slug":"recrean-de-forma-estable-un-nuevo-estado-de-la-materia-hielo-superionico-solido-y-liquido-a-la-vez","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/otech.uaeh.edu.mx\/noti\/ciencia\/recrean-de-forma-estable-un-nuevo-estado-de-la-materia-hielo-superionico-solido-y-liquido-a-la-vez\/","title":{"rendered":"Recrean de forma estable un nuevo estado de la materia: hielo superi\u00f3nico, s\u00f3lido y l\u00edquido a la vez"},"content":{"rendered":"

Tradicionalmente en la escuela, nos han ense\u00f1ado el agua puede existir en tres estados: s\u00f3lido, l\u00edquido y gaseoso. <\/span>Pero eso no es del todo cierto, ya que el l\u00edquido base de nuestra vida, en realidad, es mucho m\u00e1s complejo. <\/span>Si se le somete a altas temperaturas y presiones, el agua se convierte en ‘otras cosas’. <\/span>Por ejemplo, se sabe que se ‘esconde’ incrustada en muchos minerales (llamados minerales hidratados) en forma de mol\u00e9culas de hidroxilo (OH). <\/span>De hecho, cada vez m\u00e1s estudios apuntan a que existen ingentes cantidades de agua, incluso mucho m\u00e1s que en la superficie, encerradas en los minerales hidratados del interior terrestre.<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

Pero no es el \u00fanico estado ‘ex\u00f3tico’ del agua. <\/span>En esos ambientes de altas temperaturas y presiones tambi\u00e9n se puede formar lo que los cient\u00edficos conocen como ‘hielo superi\u00f3nico’, un estado en el que el agua es, a la vez, s\u00f3lido y l\u00edquido.<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

En ese momento se rompen los enlaces de hidr\u00f3geno y ox\u00edgeno, quedando por un lado iones de ox\u00edgeno cristalizados -que forman una matriz s\u00f3lida- y, por otro, iones de hidr\u00f3geno, que fluyen a trav\u00e9s de esa matriz.<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

Ahora, un equipo de investigadores han podido recrear este estado gracias a una gota de agua, dos diamantes y uno de los m\u00e1s potentes del mundo. <\/span>Los resultados acaban de publicarse en la revista ‘\u00a0 <\/span><\/span>Nature Physics<\/span><\/span><\/a> ‘.<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

Creando hielo superi\u00f3nico desde 2018<\/span><\/span><\/strong><\/span><\/p>\n

No es la primera vez que se crea este hielo en laboratorio, si bien los experimentos apenas duraban nanosegundos y, seg\u00fan la t\u00e9cnica empleada, arrojaban resultados contradictorios. <\/span>El avance de este nuevo trabajo es la creaci\u00f3n de un hielo superi\u00f3nico estable que dura tanto como para poder ser estudiado en detalle. <\/span>Sin embargo, hubo sorpresas: \u00abTodos pensaron que esta fase no aparecer\u00eda hasta que se someiera a presiones mucho m\u00e1s altas que donde la encontramos por primera vez -explica en un comunicado Vitali Prakapenka, geof\u00edsico de la\u00a0 <\/span><\/span>Universidad de Chicago<\/span><\/span><\/a> \u00a0y cient\u00edfico del\u00a0 <\/span><\/span>Laboratorio Nacional Argonne<\/span><\/span><\/a> .<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

Hasta ahora los cient\u00edficos han identificado 20 fases de hielo de agua -es decir, las diferentes formas en que los \u00e1tomos de hidr\u00f3geno y ox\u00edgeno unidos pueden apilarse bajo diferentes temperaturas y presiones-. <\/span>Por ejemplo, el hielo VI y el hielo VII tienen mol\u00e9culas que se organizan en prismas o cubos rectangulares, respectivamente. <\/span>El hielo XI cambia si se coloca dentro de un campo el\u00e9ctrico, y el hielo XIX es fr\u00e1gil y solo sus \u00e1tomos de hidr\u00f3geno forman un patr\u00f3n regular.<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

El hielo superi\u00f3nico a altas temperaturas y presiones es la fase XVIII, y una de las m\u00e1s extra\u00f1as descubiertas hasta la fecha. <\/span>En este estado, sus \u00e1tomos de ox\u00edgeno se bloquean en su lugar como lo har\u00edan en un s\u00f3lido, pero sus \u00e1tomos de hidr\u00f3geno, despu\u00e9s de ceder sus electrones, se llamaron iones (n\u00facleos at\u00f3micos despojados de sus electrones y, por lo tanto, cargados positivamente) que pueden fluir libremente a trav\u00e9s del hielo como si fueran un fluido. <\/span>\u00abEs como una red s\u00f3lida de ox\u00edgeno sentada en un oc\u00e9ano de \u00e1tomos de hidr\u00f3geno flotantes\u00bb, ejemplifica Prakapenka.<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

Pierfranco Demontis teoriz\u00f3 por primera vez la existencia de este hielo en 1988, pero no fue hasta 2018 cuando se pudo probar que, en efecto, exist\u00eda. <\/span>Sin embargo, el experimento apenas duraba nanosegundos justo antes de que el hielo se derritiera.<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

Una gota de agua, dos diamantes y un l\u00e1ser<\/strong><\/span><\/p>\n

Para tomar medidas m\u00e1s detalladas, Prakapenka y sus colegas necesitaban crear el hielo de una forma m\u00e1s estable. Para simular la alta presi\u00f3n, comprimieron una gota de agua en una suerte de ‘yunque’ de diamantes de 0,2 quilates, lo que permiti\u00f3 presurizar el l\u00edquido m\u00e1s all\u00e1 de 3,5 millones de veces la presi\u00f3n atmosf\u00e9rica del la Tierra al nivel del mar. Despu\u00e9s, un l\u00e1ser calienta la gota a temperaturas m\u00e1s altas que las de la superficie del Sol. Por \u00faltimo, utilizaron un dispositivo de aceleraci\u00f3n de electrones llamado sincrotr\u00f3n, con lo que pudieron identificar la estructura del hielo superi\u00f3nico.<\/span><\/p>\n

Con este experimento, los autores consiguieron alargar el experimento, si bien apenas unos microsengundos. Sin embargo, fue suficiente como para analizar de forma m\u00e1s detallada las diferentes transiciones de cada fase de la gota de agua a medida que se transformaba en hielo superi\u00f3nico.<\/span><\/p>\n

Cuando realizaron los experimentos por primera vez, Prakapenka obsev\u00f3 lecturas de la estructura muy diferentes de lo esperado, por lo que\u00a0pens\u00f3 que algo hab\u00eda salido mal. \u00abPero cuando apagamos el l\u00e1ser y la muestra volvi\u00f3 a temperatura ambiente, el hielo regres\u00f3 a su estado original -afirma-. \u00abEso significaba que se produjo un cambio estructural reversible, no una reacci\u00f3n qu\u00edmica\u00bb. Y as\u00ed es como se dieron cuenta de que, en efecto, ten\u00edan un nuevo estado entre las manos.<\/span><\/p>\n

No fue la \u00fanica sorpresa: la mayor\u00eda de los modelos hab\u00edan predicho esta fase a m\u00e1s de 50 gigapascales de presi\u00f3n (aproximadamente las mismas condiciones que se producen dentro del combustible del cohete cuando detona para el despegue). Pero, en este caso, solo fueron necesarios 20 gigapascales, se\u00f1al de cu\u00e1nta informaci\u00f3n a\u00fan es necesaria para comprender este nuevo estado.<\/span><\/p>\n

El hielo superi\u00f3nico en otros planetas<\/strong><\/span><\/p>\n

Los cient\u00edficos creen que el hielo superi\u00f3nico podr\u00eda ser la clave para entender otros mundos helados y magnetizados, como Neptuno, Urano o la luna joviana Europa: debido a que los iones de hidr\u00f3geno flotan libremente, estos podr\u00edan crear un\u00a0campo magn\u00e9tico. Si es as\u00ed, los hielos de estos cuerpos podr\u00edan desempe\u00f1ar un papel clave en la inducci\u00f3n de las magnetosferas que les rodean. Y no solo en el Sistema Solar, sino tambi\u00e9n en otros mundos fuera de nuestro ‘vecindario c\u00f3smico’. Como las\u00a0magnetosferas\u00a0son, a su vez, responsables de proteger a los planetas de la da\u00f1ina radiaci\u00f3n solar y de los rayos c\u00f3smicos, saber c\u00f3mo y d\u00f3nde se forma el hielo superi\u00f3nico podr\u00eda convertirse en una gu\u00eda extremadamente \u00fatil para los cient\u00edficos que buscan vida extraterrestre.<\/span><\/p>\n

Sin embargo, a\u00fan nos queda mucho por saber del hielo superi\u00f3nico, como su conductividad, su viscosidad o su estabilidad qu\u00edmica. <\/span>O c\u00f3mo se encuentra en nuestro propio mundo y si solo afecta al agua. <\/span>\u00abEs un nuevo estado de la materia, por lo que act\u00faa como un nuevo material y puede ser diferente de lo que pensamos\u00bb, se\u00f1ala Prakapenka.<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

Fuente:\u00a0<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

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Tradicionalmente en la escuela, nos han ense\u00f1ado el agua puede existir en tres estados: s\u00f3lido, l\u00edquido y gaseoso. Pero eso no es del todo cierto, ya que el l\u00edquido base de nuestra vida, en realidad, es mucho m\u00e1s complejo. Si se le somete a altas temperaturas y presiones, el agua se convierte en ‘otras cosas’. 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