Principia

El agua, esencial para la vida, presenta comportamientos diferentes frente a la mayoría de sustancias en propiedades como la densidad, viscosidad y compresibilidad. De ahí que muchas veces se describa  como una sustancia con un comportamiento anómalo, un ejemplo se tiene en la densidad al observarse que en su estado sólido tiene menor densidad que en estado líquido.

La causa de este comportamiento anómalo aún se desconoce.  Entre las  variadas propuestas para explicar este comportamiento, una de ellas propone que el agua tiene la capacidad de tener dos tipos de estado líquido a diferentes presiones y bajas temperaturas. A temperatura ambiente no se diferenciarían ambos estados diferentes de agua líquida, pero al reducir la temperatura sería posible diferenciar los dos estados líquidos y la fina capa intermedia que los separaría. El inconveniente para poder observar la coexistencia de ambos estados líquidos es que el hielo se forma casi instantáneamente a dicha temperatura.

Investigadores de la Universidad de Estocolmo,  la Universidad POSTECH en Corea, PAL-XFEL en Corea, el laboratorio nacional de aceleración SLAC en California, la universidad del Brooklyn College de Nueva York  y la Universidad St. Francis Xavier en Canadá han encontrado la forma de observar la transformación de ambos estados líquidos del agua utilizando láseres de rayos X con pulsos de femtosegundos.

Según las observaciones realizadas, al variarse rápidamente la presión antes de que la muestra pueda congelarse a  temperatura de menos sesenta y tres grados Celsius, es posible diferenciar los dos estados líquidos del agua, con diferentes regímenes de presión y una diferencia de densidad entre ellas del veinte por ciento.  En el procedimiento se obtuvieron imágenes con un láser de rayos X  con pulsos de femtosegundos, la mil billonésima parte de un segundo. De esta forma se pudo observar en tiempo real la aparición de los dos líquidos y cómo éstos cambiaron de uno a otro en escalas de tiempo entre veinte nanosegundos y tres microsegundos, mientras que la cristalización ocurre en escalas de tiempo de tres a cincuenta microsegundos.

La investigación ha sido publicada en la revista Science. Según los investigadores, por primera vez los científicos que estudian la física del agua pueden establecer el modelo de que el agua puede existir como dos líquidos en régimen sobreenfriado, lo cual hasta ahora no se había podido demostrar. El siguiente reto será encontrar si hay un punto crítico cuando los dos líquidos se mezclan en uno solo cuando cambia la presión y la temperatura.

Referencia:

Kyung Hwan Kim et al. 2020. Experimental observation of the liquid-liquid transition in bulk supercooled water under pressure. Science