lunes, 14 de septiembre de 2009

Hielo XV: el diagrama de fases del agua por fin completo.


Un equipo de investigadores liderados por Cristoph Salzmann, de la Universidad de Oxford (Reino Unido), ha conseguido crear hielo XV (de agua), la última forma estable termodinámicamente, cuya existencia había sido predicha hace tiempo. Esta estructura no puede existir de forma natural en la Tierra, pero nada impide que pueda existir en el interior de algún otro planeta o luna. Los resultados se publican en Physical Review Letters.

Los tipos de hielo se clasifican en función del empaquetamiento de las moléculas de agua y la estructura en la que se ordenan estas mismas moléculas. Con el nuevo descubrimiento se han identificado 16 formas de hielo, incluyendo dos formas de hielo I, nombradas por orden de descubrimiento. La mayor parte del hielo existente sobre la Tierra es Ih, la forma hexagonal del hielo I (de su estructura hexagonal deriva la forma de los copos de nieve), y el resto es Ic, la forma cúbica metaestable. El hielo I no se encuentra sin embargo fácilmente fuera de la Tierra, donde es más habitual una forma no cristalina, el hielo amorfo.

En un diagrama de fases se representan qué estructuras son estables termodinámicamente en unas determinadas condiciones de presión y temperatura. Con la confirmación de la existencia del hielo XV se ha completado el diagrama de fases del agua [en la imagen; sombreado en amarillo el rango de existencia del hielo XV].

Para crear el hielo XV el equipo de Salzmann sometió otro tipo de hielo, el hielo VI, a un descenso de temperatura. El hielo VI es una forma cristalina tetragonal en la que las moléculas están enlazadas unas con otras de cualquier manera. Conforme los investigadores bajaron la temperatura a 130 kelvin (más o menos – 143ºC) y mantuvieron la presión alrededor de 1 gigapascal (unas 10.000 atmósferas), los enlaces de hidrógeno desordenados del hielo VI se cerraron bruscamente para formar una estructura compacta y altamente ordenada, el hielo XV.

Las predicciones decían que el hielo XV podría ser ferroeléctrico, es decir, que podría tener carga eléctrica. Un hielo con esa característica podría haber tenido unos efectos muy interesantes en los acontecimientos geológicos de los planetas en los que estuviese presente. La forma de empaquetamiento de las moléculas del hielo XV hace, sin embargo, que se cancelen todas las cargas.

La estabilidad del hielo XV a altas presiones y muy bajas temperaturas descartan su presencia en la Tierra. En efecto, en los lugares donde se alcanzan esas presiones tan elevadas la temperatura también es extremadamente alta. Nada impide, sin embargo, que puedan darse las condiciones adecuadas en el interior de otros planetas o lunas.

Referencia:

Salzmann, C., Radaelli, P., Mayer, E., & Finney, J. (2009). Ice XV: A New Thermodynamically Stable Phase of Ice Physical Review Letters, 103 (10) DOI: 10.1103/PhysRevLett.103.105701