Los investigadores describieron un proceso en el que la temperatura cambia cuando el agua se congela.

Actualizaciones: 24.11.2020 10:01

Praga: los científicos checos han demostrado que si el agua se encuentra en un espacio confinado muy pequeño, se solidifica a una temperatura de decenas de grados bajo cero. Contribuyeron así a una mejor comprensión del comportamiento del agua en función de diferentes condiciones. Estudio del experimento publicado la prestigiosa revista de la American Chemical Society ACS Nano. En nombre de la Academia de Ciencias de la República Checa (AS), Markéta Růžičková informó a ČTK en el comunicado de prensa de hoy.

Un equipo de científicos dirigido por Martin Kalbáč del Instituto de Química Física J. Heyrovsky de la Academia de Ciencias y Jana Vejpravová y Jiří Klimeš de la Facultad de Matemáticas y Física de la Universidad Charles trabajaron en la investigación. “Este descubrimiento abre posibilidades completamente nuevas para el estudio de los procesos químicos en líquidos subenfriados y las propiedades físicas de los líquidos en limitaciones de espacio extremas, que es típico, por ejemplo, de los espacios intercelulares”, dijo Vejpravová sobre el potencial del descubrimiento.

Mientras que el cambio de estado en agua pura bajo presión normal ocurre a una temperatura de 0 ° C, el agua en un espacio específico solidifica solo a una temperatura 33 ° C más baja.

Los investigadores descubrieron el fenómeno encerrando moléculas de agua en protuberancias impermeables de grafeno extremadamente pequeñas sobre una superficie muy lisa de sílice.

Según los científicos, el grafeno es una forma de carbono transparente y atómicamente delgada. Su estructura se asemeja al grafito. Este llamado material bidimensional también tiene algunas propiedades físicas especiales; por ejemplo, es uno de los materiales conocidos más fuertes del mundo, cuyos electrones se comportan como si no tuvieran masa efectiva y se mueven casi a la velocidad de la luz.

Además, la elección de este material resultó ser muy feliz, ya que este cristal atómicamente delgado, compuesto por átomos de carbono dispuestos en un patrón de panal, sirvió no solo para encerrar el agua, sino también la evidencia experimental de que el agua se congela a muy bajas temperaturas. ,” él explicó. Martin Kalbáč.

Según los científicos, la estructura del “nanoled” resultante es muy diferente de la habitual. El hielo normal forma cristales con la denominada estructura cristalina hexagonal, pero las moléculas de agua atrapadas entre la sílice lisa y el grafeno arrugado forman un núcleo cristalino solo en el centro del abultamiento. Las moléculas de agua cercanas al grafeno se orientan de forma aleatoria, lo que conduce a la denominada disposición amorfa. La forma de las protuberancias de grafeno también afecta significativamente la proporción de hielo amorfo y, por lo tanto, el proceso de fusión.

Para verificar el experimento, los investigadores realizaron simulaciones en las que observaron el derretimiento del hielo al aumentar la temperatura y el efecto del agua disuelta sobre el grafeno. Se ha demostrado que para estar de acuerdo con la expansión experimental del grafeno, los átomos de carbono deben describirse utilizando la mecánica cuántica. Según los científicos, no basta con pensar en los átomos como partículas puntuales, que se mueven según las leyes de la física clásica, en las que se puede determinar con precisión su posición. Deben describirse como partículas cuánticas. Por tanto, es posible hablar sólo de la probabilidad de que ocurran en un punto dado.

“Dado que el sistema simulado tenía casi 100.000 átomos, estas simulaciones lo convierten en uno de los más grandes para los que se ha utilizado esta descripción cuántica”, concluyó el autor de las simulaciones, Jiří Klimeš.