Un nuevo estudio que examina cómo se forma el hielo a partir del agua pura encontró que la geometría de la superficie sobre la que se encuentra el agua puede tener un efecto sobre si se congela o no. sugiriendo que la geometría de la superficie juega un papel importante en la formación del hielo. Una mayor comprensión de cómo se forma el hielo podría tener implicaciones que van desde la seguridad del transporte hasta la producción de alimentos.

El hielo se forma típicamente alrededor de partículas como polen o polvo, pero el agua ultrapura puede permanecer líquida hasta -40 grados Celsius. Debido a esto, la superficie sobre la que se encuentra el agua ultrapura puede tener un gran impacto en la formación de cristales de hielo. Sin embargo, no ha habido una teoría exitosa para predecir qué materiales son buenos para formar hielo.

Usando una simulación por computadora, Investigadores de la Universidad George Washington encontraron que el hielo se forma más eficientemente en forma de cuña que contiene ángulos de 45 o 70 grados, probablemente porque permite que las moléculas de agua se alineen de una manera que ayuda a formar una red de hielo. Por lo tanto, una superficie texturizada con estos pequeños ángulos se congelaría antes que una superficie con una geometría diferente. Antes de este avance, ningún otro modelo ha podido ayudar a predecir qué geometría de la superficie podría desencadenar la formación de hielo.

"No fue muy sorprendente para nosotros ver que la formación de hielo se acelera en una cuña de 70 grados, porque coincide perfectamente con el orden cristalino del hielo, "dijo Tianshu Li, profesor asociado de ingeniería civil y ambiental y autor correspondiente del artículo. "La verdadera sorpresa vino cuando descubrimos que una cuña de 45 grados es casi igualmente efectiva para catalizar la formación de hielo".

El equipo de investigación descubrió que una cuña de 45 grados promueve la formación de un cristal de hielo imperfecto que contiene algo llamado defecto topológico. Los defectos topológicos en los materiales son áreas irregulares en una estructura por lo demás perfectamente uniforme.

"Una vez que se forma tal defecto, puede facilitar el crecimiento de hielo regular a su alrededor, "Dijo el Dr. Li.

Esta es la primera vez que un estudio proporciona evidencia teórica clara sobre el papel explícito de los defectos en la formación de cristales.

Si bien la formación de hielo es un fenómeno diario, el proceso de congelación es poco conocido. Los investigadores esperan contribuir a una mejor comprensión de la formación y el crecimiento de los cristales de hielo aplicando la investigación de los modelos informáticos a los laboratorios físicos para realizar más pruebas.

Al comprender cómo controlar si los cristales de hielo se forman o crecen, los investigadores tienen el potencial de influir en todo, desde las superficies de los aviones que detienen el crecimiento del hielo hasta los helados de mejor sabor.

"Este hallazgo también tiene aplicaciones más allá de la formación de hielo, "Dijo Li." Debido a que la formación de cristales es un proceso importante en otros campos, nuestro estudio también puede influir en la producción de nuevos materiales y la cristalización de productos farmacéuticos ".