Todos entendemos el proceso de congelación del agua. Este simplemente se da cuando las partículas de H2O alcanzan su punto de congelación bajo cero y, como consecuencia, se enlazan entre ellas formando paredes cristalinas. Ahora, en general, entendemos que la formación del hielo solo requiere entonces de frío extremo, pero nuevas investigaciones han revelado que este no podría crearse sin un poco de calor.

Efectivamente, la formación del hielo necesita calor

El estudio que ha descubierto este detalle se publicó recientemente en la revista científica Nature Communications. Dentro de él, se mostraron los resultados de un experimento con partículas de agua sobre una superficie de grafeno frío. La interacción de las moléculas de H2O allí demostró que, sin un poco de calor, el proceso de formación de hielo sería imposible.

Detrás de este postulado están los investigadores Anton Tamtögl, Emanuel Bahn, Marco Sacchi, Jianding Zhu, David J. Ward, Andrew P. Jardine, Stephen J. Jenkins, Peter Fouquet, John Ellis y William Allison. En conjunto, observaron la primera etapa del proceso de congelación del agua –conocida como “nucleación”– y la forma en la que esta no puede siguiera comenzar si no tiene un poco de calor.

Pero, ¿cómo puede haber calor durante el proceso de congelación?

Todo se debe a que es una reacción que sucede a grandes velocidades. De hecho, la aparición de calor en el proceso de formación del hielo dura menos de un segundo. Y, realmente, en total, toda la nucleación es apenas un segundo. De allí que haya sido tan poco estudiada usualmente y que se haya prestado más atención a su fase siguiente, donde los cristales de H2O ya están conformados.

En su experimento, los investigadores esperaban ver el momento en el que el frío obligara a las partículas de agua a unirse. Sin embargo, antes de esto observaron con sorpresa cómo estas en realidad se rechazaban entre sí.

Pared de hielo y cielo azul.
Vía Pixabay.

Al mirar con más profundidad el tema, notaron que esto se debía a que cada molécula había asumido una misma posición, con las dos partículas de hidrógeno apuntando al suelo. Solo una ruptura de esta homogeneidad en la postura podría llevar a las moléculas a unirse.

Es justo acá donde entra el calor. Este, como energía, pasa por las moléculas y las obliga a cambiar de posición. Como consecuencia, pueden finalmente acercarse y comenzar a crear las conexiones originales que luego dan lugar a las capas de hielo que todos conocemos.

¿Cómo puede ayudarnos esta nueva información?

En general, estos nuevos datos nos dan la posibilidad de tener una comprensión más profunda de las partículas de agua y su comportamiento. Después de todo, a pesar de ser estas tan simples, continúan guardando infinidad de secretos que aún debemos descubrir. Esto tal como lo mencionó Tamtögl.

“El agua es una molécula tan ubicua, ¿verdad? Pero parece que todavía hay muchas cosas que no entendemos en detalle, a pesar de que es una molécula simple. (…) Aún queda mucho por aprender”.

Como ejemplos más concretos de los usos de esta información, también podemos ver el desarrollo de maquinarias y sistemas que puedan evitar el congelamiento incluso cuando están sometidos a bajísimas temperaturas. Por si fuera poco, el hielo es un elemento que no solo está presente en la Tierra, sino también en el espacio.

De allí que conocer más sobre él pueda también, de un modo u otro, ayudarnos a entender más sobre lo hay allí afuera y qué hace que algunos elementos puedan ser abundantes y prosperar en él, mientras que otros no.

Referencia:

Motion of water monomers reveals a kinetic barrier to ice nucleation on graphene: http://doi.org/10.1038/s41467-021-23226-5

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