Agua, siempre importante, siempre controvertido, siempre fascinante, sigue siendo sorprendente. Para una sustancia que es omnipresente en la Tierra, tres cuartas partes de nuestro planeta están cubiertas con él, los investigadores todavía pueden sorprenderse con algunas de sus propiedades, según el químico C. Austen Angell de la Universidad Estatal de Arizona.

Angell, un profesor Regents en la Facultad de Ciencias Moleculares de ASU, ha pasado una buena parte de su distinguida carrera rastreando algunas de las propiedades físicas más curiosas del agua. En una nueva investigación recién publicada en Ciencias (9 de marzo), Angell y sus colegas de la Universidad de Amsterdam han, por primera vez, observó una de las propiedades más intrigantes predichas por los teóricos del agua:que, con un sobreenfriamiento suficiente y en condiciones específicas, cambiará repentinamente de un líquido a otro diferente. El nuevo líquido sigue siendo agua, pero ahora es de menor densidad y con una disposición diferente de las moléculas unidas por hidrógeno con un enlace más fuerte que lo convierte en un líquido más viscoso.

"No tiene nada que ver con 'poliagua, '", Agrega Angell recordando un fiasco científico de hace muchas décadas. El nuevo fenómeno es una transición de fase líquido-líquido, y hasta ahora solo se había visto en simulaciones por computadora de modelos de agua.

El problema de observar este fenómeno directamente en agua real es que, poco antes de que la teoría diga que debería suceder, el agua real se cristaliza repentinamente en hielo. A esto se le ha llamado la "cortina de cristalización" y detuvo el progreso en la comprensión de la física del agua y el agua en biología durante décadas.

"El dominio entre esta temperatura de cristalización y la temperatura mucho más baja a la que el agua vítrea (formada por la deposición de moléculas de agua del vapor) cristaliza durante el calentamiento se conoce como 'tierra de nadie'. ", Dijo Angell." Encontramos una manera de apartar la 'cortina de cristalización' lo suficiente para ver lo que sucede detrás, o más correctamente, Por debajo de eso, "Dijo Angell.

Es importante comprender las transiciones de fase del agua para una multitud de aplicaciones. Por ejemplo, El conocido y destructivo levantamiento de caminos y senderos de concreto en invierno se debe a la transición de fase del agua al hielo debajo del concreto. La transición de fase entre estados líquidos, descrito en el trabajo actual, tiene mucho en común con la transición al hielo, pero ocurre a una temperatura mucho más baja, aproximadamente -90 C (-130 F), y solo en condiciones de súper enfriamiento, por lo que es probable que siga siendo principalmente una curiosidad científica en el futuro previsible.

Angell explicó que hace un par de años él y su investigador asociado Zuofeng Zhao, estaban estudiando el comportamiento térmico de un tipo especial de solución acuosa "ideal" que habían estado usando para explorar el plegamiento y despliegue de proteínas globulares. Querían observar la capacidad de estas soluciones para sobreenfriarse y luego vitrificarse. Buscando el límite al dominio vidrioso, agregaron agua adicional para aumentar la probabilidad de cristalización del hielo y descubrieron que, en lugar de finalmente generar calor como hielo cristalizado (dejando una solución residual no congelada) como se encuentra normalmente al enfriar soluciones salinas, de hecho, emitió calor para formar una nueva fase líquida.

El nuevo líquido era mucho más viscoso, tal vez incluso vidrioso. Es más, invirtiendo la dirección del cambio de temperatura, Angell y Zhao descubrieron que podían transformar la nueva fase en la solución original antes de que el hielo comenzara a cristalizar.

"Esta observación, publicado en Angewandte Chemie, despertó un interés considerable, pero no había información estructural para explicar lo que estaba sucediendo, "Angell dijo. Eso cambió cuando Angell visitó la Universidad de Amsterdam hace dos veranos, y conocí a Sander Woutersen, un especialista en espectroscopia infrarroja que se interesó mucho en los aspectos estructurales del fenómeno.

En el artículo de Science, el equipo con Woutersen, su alumno Michiel Hilbers y su colega computacional Bernd Ensing han demostrado ahora que las estructuras involucradas en la transición líquido-líquido tienen las mismas firmas espectroscópicas - y los mismos patrones de enlace de hidrógeno - que se ven en las dos formas vítreas conocidas de hielo producidas por laboriosos procesos alternativos (fases sólidas amorfas de agua de alta y baja densidad).

"La transición líquido-líquido que habíamos encontrado ahora se veía como el 'análogo viviente' del cambio entre dos estados vidriosos de agua pura que se había informado en 1994, utilizando pura presión como fuerza motriz, "Angell explicó.

Los resultados parecerían "proporcionar evidencia directa de la existencia de una transición líquido-líquido detrás de la 'cortina de cristalización' en agua pura, "Woutersen dijo, agregando que los hallazgos ofrecen una explicación general de las anomalías termodinámicas del agua líquida, y una validación de la "teoría del segundo punto crítico" presentada por el grupo de Gene Stanley para explicar esas anomalías.

"Este comportamiento es casi único entre la gran cantidad de líquidos moleculares conocidos, "Agregó Angell." Se cree que solo algunas otras sustancias lo exhiben, pero ninguno ha sido probado hasta la fecha ".