Aunque quienes habitamos el planeta dependemos del agua, aún hay propiedades que se desconocen y otras que se están estudiando. Una investigación dio con un resultado muy peculiar: el agua puede adoptar dos formas líquidas diferentes a temperaturas muy bajas. Una menos densa y más estructurada que la otra.
La investigación, que se publicó en la revista Science, proporciona una prueba sobre una teoría controvertida acerca del agua que casi estaba olvidada.
Científicos de las universidades de Princeton, Estados Unidos, y de La Sapienza, Italia, hicieron simulaciones por computadora de moléculas de agua. Querían saber cuál era el punto determinante, el “punto crítico”, en el que una fase líquida se transforma en otra fase.
«El punto crítico en el agua explica el porqué de las rarezas de este recurso», comentó Pablo Debenedetti, coautor del estudio y decano de investigación de Princeton. Lo acompañaron en el análisis Francesco Sciortino, profesor de la Universidad de Roma La Sapienza, y Gül H. Zerze, investigadora posdoctoral de Princeton.
“El hallazgo del punto crítico equivale a encontrar una explicación buena y sencilla de las cosas que hacen que el agua sea rara, sobre todo a bajas temperaturas”, indicó el especialista.
Un punto crítico es un valor único de temperatura y presión en el que dos fases de la materia se vuelven indistinguibles. Ocurre justo antes de que la materia cambie de una fase a otra.
El estudio llegó a una conclusión que va en contravía de lo que se pudiera pensar del agua en estado frío. Dicen que sus “rarezas” tienen que ver con el hecho de que cuando se enfría, se expande, en vez de contraerse. Por tanto, el agua congelada es menos densa que el agua líquida. El agua también se vuelve “más comprimible” a temperaturas más bajas. A su vez las moléculas se pueden organizar de 17 maneras distintas.
Para llevar a cabo el estudio, el equipo determinó el punto crítico líquido-líquido en un rango de alrededor de entre 190 y 170 grados kelvin (aproximadamente -177 grados a -153 grados Fahrenheit). Esto equivale alrededor de 2.000 veces la presión atmosférica a nivel del mar.
Asimismo, establecieron dicho punto en dos modelos informáticos diferentes de agua. Para cada modelo expusieron las moléculas de agua a dos enfoques computacionales distintos a fin de buscar el punto crítico; ambos dieron con el punto.
Se considera que el resultado es un buen paso para los investigadores que han tratado de establecer durante mucho tiempo cuál es la explicación física subyacente de las propiedades poco comunes del agua.
«Se puede imaginar la alegría cuando comenzamos a ver las fluctuaciones críticas exactamente tal como se suponía que tenían que hacerlo. Ahora sí puedo dormir bien. Después de 25 años mi idea original se confirmó”, dijo Sciortino.
Se explicó, por último, que en el caso de las dos formas líquidas de agua, estas coexisten en un mal equilibrio a temperaturas bajo cero y a presiones que son lo suficientemente altas. Sin embargo, a medida en que va bajando la temperatura, las dos fases líquidas entran en un tira y encoge hasta que una “vence” a la otra y es entonces cuando todo el líquido pasa a ser de baja densidad.
Un misterio el porqué de los comportamientos del agua
Se cree que las mismas “rarezas del agua” es lo que le da las propiedades que le permiten existir. “El fluido de la vida es el agua —acotó Zerze, coautora de la investigación—, pero aún no sabemos exactamente por qué el agua no es reemplazable por otro líquido. Creemos que la razón tiene que ver con el comportamiento anormal del agua. Otros líquidos no muestran esos comportamientos. Por tanto, esto debe estar relacionado con el agua como líquido de la vida”.
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