Desde muy temprana edad se nos enseña que la materia puede existir en tres estados físicos: sólido, líquido y gaseoso. Pero un equipo de investigadores de la Universidad de Edimburgo ha descubierto un nuevo estado de la materia en el que los átomos pueden existir simultáneamente como dos estados físicos.

Los científicos encontraron que, cuando se someten a condiciones extremas de temperatura y presión, algunos elementos pueden, asumir al mismo tiempo las propiedades de los estados sólido y líquido.

Estructura atómica

A nivel microscópico, metales como el potasio son bastante simples. Cuando se forman en una barra sólida, los átomos del elemento se unen en filas ordenadas que conducen bien el calor y la electricidad. Durante mucho tiempo, los investigadores creyeron que podían predecir fácilmente lo que podría ocurrir en tales estructuras cuando se les sometía a presión.

El material probablemente se vería como un bloque sólido que pierde potasio fundido.

Pero hace más de una década, los científicos descubrieron que el sodio, un metal con propiedades similares al potasio, hacía algo extraño cuando se comprimía a 20.000 veces la presión presente en la superficie de la Tierra.

En estas condiciones el sodio pasó de ser un bloque plateado a un material transparente, uno que no conducía la electricidad sino que impedía su flujo, demostrando que no todo era tan predecible como se pensaba.

De acuerdo a los investigadores, la aplicación de altas presiones y temperaturas al potasio, crea un estado en el que la mayor parte de los átomos de los elementos forman una estructura de red sólida, pero también contiene una segunda disposición de átomos de potasio que están en forma líquida.

Para demostrarlo, el equipo recurrió a lo que se conoce como una red neuronal, una forma de inteligencia artificial que aprende a predecir el comportamiento basándose en ejemplos anteriores.

Después de ser “entrenada” analizando pequeños grupos de átomos de potasio, la red neuronal aprendió mecánica cuántica lo suficientemente bien como para simular el comportamiento de decenas de miles de átomos en condiciones extremas.

Estado físico confirmado

Los modelos de computadora confirmaron que entre aproximadamente 20.000 y 40.000 veces la presión atmosférica y 400 a 800 grados Kelvin (126 a 526 grados Celsius), el potasio entró en lo que se conoce como un estado de cadena fundida, en el cual las cadenas se disolvieron en líquido mientras que los cristales de potasio restantes permanecieron en estado sólido.

Valiéndose de poderosas simulaciones computarizadas, los científicos comprobaron que los átomos pueden existir en estado sólido y líquido simultáneamente.

Si de alguna manera se pudiera extraer una porción de dicho material, probablemente se vería como un bloque sólido que pierde potasio fundido y que finalmente se disuelve.

Como explica el doctor Andreas Hermann, investigador afiliado a la Escuela de Física y Astronomía de la Universidad de Edimburgo y autor principal del estudio:

“Sería como sostener una esponja llena de agua que comienza a gotear, excepto que la esponja también está hecha de agua”.

Esta es la primera vez que los científicos han demostrado que este estado es termodinámicamente estable para cualquier elemento.

Los autores del estudio señalan que bajo las circunstancias adecuadas, más de media docena de elementos, incluidos el sodio y el bismuto, son capaces de existir en el estado recién descubierto, y resaltan que recrear este inusual estado en otros materiales podría tener todo tipo de aplicaciones.

Referencia: On the chain-melted phase of matter. PNAS, 2019. https://doi.org/10.1073/pnas.1900985116

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