Crédito:Fuente de luz canadiense
Casi las tres cuartas partes de la superficie terrestre están cubiertas por agua. Casi dos tercios del cuerpo humano están compuestos por él. Lo bebemos. Lo usamos en nuestros hogares y en la industria. Como un sólido es hielo. Como un gas es vapor.
"Nadie entiende el agua, la estructura del agua. El agua tiene muchas anomalías, "dice John Tse, Profesor de Física de la Universidad de Saskatchewan y Cátedra de Investigación de Canadá en Ciencia de Materiales.
Tse se ha comprometido durante décadas a aprender más sobre lo que muchos de nosotros damos por sentado. En el proceso, ha refutado una hipótesis fundamental de larga data sobre el agua. Los resultados se publicaron este otoño en Cartas de revisión física .
Curioso por el agua y cómo se comporta cuando se comprime en un sólido, Tse estaba interesado en un experimento realizado en 1985 por algunos de sus colegas cuando trabajaba en el Consejo Nacional de Investigación. Descubrieron un fenómeno inusual. Cuando comprimieron hielo a bajas temperaturas, en lugar de transformarse en una forma cristalina de alta presión donde los átomos se organizan en un patrón de celosía, el hielo se convirtió en un sólido amorfo y los átomos se desorganizaron. Plantearon la hipótesis de que esto se debía al "derretimiento" del hielo a alta presión. Si ese fuera el caso, el estado desordenado sería parecido al agua.
Estas conclusiones no le sentaron bien a Tse porque la consecuencia sería que el agua líquida es una mezcla de dos líquidos con diferentes densidades. En el momento, sin embargo, ni la tecnología ni la experiencia estaban disponibles para probar la hipótesis.
"La pregunta que nadie hizo fue si la hipótesis era correcta, " él dice.
Estructuras cristalinas teóricas de (a) hielo Ih y (b) fase cristalina intermedia. La fase cristalina intermedia es una forma de hielo Ih distorsionada por el cizallamiento en el plano ab basal debido al reblandecimiento del módulo elástico C66. El átomo de oxígeno en la fase intermedia se ha desplazado ligeramente desde la posición original del hielo Ih. Por lo tanto, cuando se mira hacia abajo del eje c, los átomos de oxígeno ya no están alineados a lo largo del eje c como en el hielo Ih. Crédito:Fuente de luz canadiense
Treinta años después Tse y un equipo de investigación utilizaron dos líneas de luz en la fuente de fotones avanzada, uno de los cuales es administrado por Canadian Light Source en la U of S. En su artículo, "Amorfización de dos pasos controlada cinéticamente y transición amorfa-amorfa en el hielo, "Tse informa que el estado" similar al agua "era en realidad una fase cristalina intermedia y no líquida.
"Esto cambia todo lo relacionado con el agua, "dice Tse.
"Describimos cómo el hielo puede cambiar de una forma a otra. Ese es el significado del resultado, la razón por la que esto es tan importante. Trazamos el diagrama de fase en la fase amorfa. Es una guía para decirle cuáles son las propiedades de la materia en una determinada condición de presión-temperatura ".
La ciencia está impulsada por la curiosidad, la necesidad o ambas, dice Tse.
"La ciencia fundamental es un trabajo importante. Si no trabajamos en la ciencia fundamental, no sabremos de donde venimos. Nos faltará algo. La curiosidad impulsa esta investigación. Teníamos una hipótesis fundamental e hicimos el experimento e intentamos aclarar. Ahora sabemos exactamente lo que está pasando ".
Tse continúa su trabajo sobre el agua y cómo cambia en función de la presión y la temperatura. El agua es aún más complicada porque los átomos se mueven. Soy amable, los átomos no se mueven pero están desordenados. En ambos casos, él dice, todavía hay más que aprender.
"Siempre miras los viejos problemas que no se han resuelto, pero con el desarrollo de un nuevo instrumento y una nueva teoría, es posible que pueda resolver el problema anterior y luego aprovecharlo ".
