El agua puede existir en dos estados líquidos diferentes sin mezclarse, un hallazgo que puede explicar muchas de sus propiedades anómalas, según demuestra un estudio publicado en Science.
El agua es un líquido ubicuo con muchas propiedades únicas. La forma en que responde a los cambios de presión y temperatura puede ser completamente diferente de otros líquidos, y estas propiedades son esenciales para muchas aplicaciones prácticas y particularmente para la vida tal como la conocemos. Las causas de estas anomalías han sido durante mucho tiempo una fuente de exploración científica.
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“La posibilidad de que el agua pudiera existir en dos estados líquidos diferentes se propuso hace aproximadamente 30 años, con base en los resultados obtenidos de simulaciones por computadora”, dijo Nicolás Giovambattista, profesor de CUNY Advanced Science Research Center y autor del nuevo trabajo.
“Esta hipótesis contraria a la intuición ha sido una de las cuestiones más importantes en la química y física del agua, y un escenario controvertido desde sus inicios. Esto se debe a que los experimentos que pueden acceder a los dos estados líquidos en el agua han sido muy desafiantes debido a la aparentemente inevitable formación de hielo en las condiciones en las que deberían existir los dos líquidos”, explica.
El estado “líquido” habitual del agua con el que todos estamos familiarizados corresponde al agua líquida a temperaturas normales (aproximadamente 25 grados C). Sin embargo, el artículo muestra que el agua a bajas temperaturas (aproximadamente -63 grados C) existe en dos estados líquidos diferentes, un líquido de baja densidad a bajas presiones y un líquido de alta densidad a altas presiones. Estos dos líquidos tienen propiedades notablemente diferentes y difieren en un 20% en densidad.
Los resultados implican que, en condiciones apropiadas, el agua debería existir como dos líquidos inmiscibles separados por una fina interfaz similar a la coexistencia de aceite y agua.
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Debido a que el agua es una de las sustancias más importantes de la Tierra, el solvente de la vida tal como la conocemos, su comportamiento de fase juega un papel fundamental en diferentes campos, incluidos la bioquímica, el clima, la criopreservación, la criobiología, la ciencia de los materiales y en muchos procesos industriales donde el agua actúa como disolvente, producto, reactivo o impureza. De ello se desprende que características inusuales en el comportamiento de fase del agua, como la presencia de dos estados líquidos, pueden afectar a numerosas aplicaciones científicas y de ingeniería.
“Sigue siendo una pregunta abierta cómo la presencia de dos líquidos puede afectar el comportamiento de las soluciones acuosas en general, y en particular, cómo los dos líquidos pueden afectar las biomoléculas en ambientes acuosos”, dijo Giovambattista. Esto motiva más estudios en la búsqueda de posibles aplicaciones.
El equipo internacional responsable del hallazgo, dirigido por Anders Nilsson, profesor de física química en la Universidad de Estocolmo, utilizó experimentos complejos y simulaciones por computadora para probar esta teoría.
Los experimentos, descritos como “de ciencia ficción” por Giovambattista, fueron realizados por colegas de la Universidad de Estocolmo en Suecia, la Universidad POSTECH en Corea, PAL-XFEL en Corea y el SLAC National Accelerator Laboratory. Las simulaciones por computadora fueron realizadas por Giovambattista y Peter H. Poole, profesor de la Universidad St. Francis Xavier en Grados Canadá. Las simulaciones por computadora jugaron un papel importante en la interpretación de los experimentos, ya que estos experimentos son extremadamente complejos y algunos observables no son accesibles durante los experimentos.
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