El hielo caliente no es solo un oxímoron, es decir, una figura retórica de uso común que junta dos elementos aparentemente inconciliables. Existe de verdad y tiene una consistencia mitad sólida y mitad líquida, con una temperatura más alta que la de la superficie solar. Los científicos lo han llamado hielo ‘superiónico’ y el material representa una nueva fase del agua, teorizada por primera vez en 1999 por la Universidad italiana de Trieste.
Las primeras pruebas experimentales de su existencia fueron recogidas por físicos del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (Estados Unidos). En 2018, los científicos crearon la llamada agua superiónica en el laboratorio. Un fluido cuyas moléculas están compuestas por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno. Igual que el agua normal, pero el elemento especial es la estructura que adquieren las moléculas. Es decir, una red rígida de átomos de oxígeno en la que se mueven núcleos (iones) de hidrógeno cargados positivamente.
“Es como si el hielo se hubiera derretido parcialmente», dijo entonces al ‘New York Times’ Raymond Jeanloz, profesor de ciencias planetarias y terrestres en la Universidad de California-Berkeley (Estados Unidos), autor de la investigación. Algo que no existe en la Tierra, pero podría estar presente en algún lugar de nuestro Sistema Solar. El agua superiónica es conductora de corriente, como los metales, pero con una diferencia sustancial. Mientras que en los metales la corriente viene dada por el flujo de electrones, en el agua superiónica lo que conduce son iones positivos, hidrógeno. Esto abre el camino a nuevas fronteras en la investigación de nuevos materiales.
Del agua al hielo superIónico
La última investigación al respecto, de este año, viene de la mano de un grupo de la Universidad de Chicago (Estados Unidos). Los hallazgos fueron publicados en la revista ‘Nature Physics’. Este trabajo permitió estudiar mejor la nueva fase de la materia, reproduciendo un hielo superiónico durante un tiempo suficiente para comprender su estructura y propiedades.
Primero, hay que decir que no existe un solo tipo de hielo, sino que hay muchas fases. Además del hielo común, el que guardamos en el congelador y que representa la primera de las fases conocidas, existen otras. Hasta la fecha, unas veinte, definidas por los científicos. Estas difieren en la estructura, o más bien en las diferentes disposiciones en el espacio del átomo de hidrógeno y de los dos átomos de oxígeno al variar las condiciones de temperatura y presión. Por ejemplo, la estructura cristalina del hielo VIII está más ordenada que la del VII. En cambio, el hielo XI representa la configuración más estable y se ha rastreado en algunas placas de Antártida, de entre 100 y 10 000 años de antigüedad.
Ahora, los investigadores han obtenido el hielo XVIII y XX, ambos superiónicos, sólidos, muy calientes y sometidos a alta presión. Para obtener este material, trabajaron una gota de agua exprimiéndola a una presión 3,5 millones de veces mayor que la presión atmosférica. Usaron un láser que luego la calentó a temperaturas más altas que las de la superficie del Sol. Luego, los científicos utilizaron un sincrotrón, un acelerador de electrones, para estudiar su estructura. Así, reprodujeron y pudieron estudiar el hielo superiónico durante microsegundos, un tiempo suficiente para examinar su estructura.
Una ayuda para descubrir planetas con vida
¿Por qué se llama hielo superiónico? En esta formación, los átomos de hidrógeno, después de ceder su electrón, se convierten en iones. Es decir, en núcleos de átomos que han perdido su carga negativa y están cargados positivamente. El investigador Vitali Prakapenka, primer autor del estudio, describe el hielo superiónico como un cubo compuesto por una red sólida de átomos de oxígeno estacionarios en un océano de átomos de hidrógeno flotantes. Esta nueva estructura cambia mucho las propiedades del material tal como lo conocemos en su forma tradicional. De hecho, es menos denso, debido al comportamiento del hidrógeno, y más oscuro porque interactúa de manera diferente con la luz.
Aún queda mucho por investigar. De la conductividad a la viscosidad, de la estabilidad química a los cambios que ocurren cuando el hielo ‘caliente’ entra en contacto con la sal u otros minerales. Algo que puede ocurrir en las profundidades de la tierra. Analizar el nuevo material es importante no solo para aprender más sobre las propiedades del agua, sino también para la investigación astrofísica. Los científicos, de hecho, creen que se pueden encontrar estas condiciones extremas de presión y temperatura en los planetas Neptuno y Urano. Y en otros gigantes de hielo fuera del sistema solar.
Sabemos que el hidrógeno en movimiento libre (como el del hielo superiónico) puede dar lugar a un campo magnético. Esta información podría usarse en la investigación de las características inusuales de los campos magnéticos de los planetas mencionados. Además, este campo nos protege de los rayos cósmicos y radiaciones peligrosas. Por esta razón, comprender cómo se forma podría ser útil para aprender más sobre las características de los planetas capaces de albergar vida.
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