Los científicos descubren una nueva e inusual forma de hielo

Investigadores japoneses han descubierto una nueva forma de hielo llamada hielo-0, que puede ayudar a formar cristales de hielo en agua sobreenfriada. Su estudio revela que la nucleación del hielo puede ocurrir cerca de la superficie de las gotas de agua debido a estructuras similares al hielo, resolviendo un debate de larga data. Estos resultados tienen implicaciones importantes para varios campos, incluidos los estudios climáticos y la ciencia de los alimentos, al mejorar nuestra comprensión de la formación de hielo.

El hielo es más complejo de lo que la mayoría de la gente cree: la ciencia identifica más de veinte tipos diferentes de hielo que se forman bajo diferentes combinaciones de presión y temperatura. El tipo que utilizamos para enfriar nuestras bebidas, conocido como primer hielo, es una de las pocas formas que se produce de forma natural en la Tierra. Recientemente, investigadores de Japón descubrieron otro tipo: el hielo 0, una forma inusual de hielo que puede comenzar a formar cristales de hielo en agua sobreenfriada.

La formación de hielo cerca de la superficie del agua líquida puede comenzar a partir de diminutos precursores cristalinos con una estructura similar a un tipo raro de hielo, conocido como hielo 0. En un estudio publicado recientemente en Comunicaciones de la naturalezaInvestigadores del Departamento de Investigación de Cooperación Social “Ciencia de la Protección del Hielo” del Instituto de Ciencias Industriales de la Universidad de Tokio han demostrado que estas estructuras similares al hielo pueden provocar que una gota de agua se congele cerca de su superficie en lugar de en su núcleo. Este descubrimiento resuelve un misterio de larga data y podría ayudar a redefinir nuestra comprensión de cómo se forma el hielo.

Proceso de formación de hielo

La cristalización del hielo, conocida como nucleación del hielo, suele producirse de forma heterogénea, es decir, sobre una superficie sólida. Normalmente se esperaría que esto ocurriera en la superficie del recipiente de agua, donde el líquido se encuentra con el sólido. Sin embargo, esta nueva investigación muestra que la cristalización del hielo también puede ocurrir justo debajo de la superficie del agua, donde se encuentra con el aire. Aquí, el hielo cristaliza alrededor de pequeños precursores que tienen la misma estructura circular característica que el hielo 0.

“La simulación mostró que es más probable que una gota de agua cristalice cerca de la superficie libre en condiciones isotérmicas. Esto resuelve un antiguo debate sobre si la cristalización ocurre más fácilmente en la superficie o internamente”, dice Gang Sun, autor principal del estudio. .

Investigadores del Instituto de Ciencias Industriales de la Universidad de Tokio han descubierto que el hielo comienza a formarse cerca de la superficie del agua a través de estructuras que se asemejan a un tipo raro de hielo descubierto recientemente, lo que nos ayuda a comprender mejor la formación del hielo. Fuente: Instituto de Ciencias Industriales, Universidad de Tokio

Precursores del hielo 0

Los predecesores del Ice 0 tienen una estructura muy similar a la del agua sobreenfriada, lo que permite que las moléculas de agua cristalicen más fácilmente a partir de ella, sin tener que formarse directamente en la estructura del hielo normal. Los pequeños precursores de hielo se forman espontáneamente, como resultado de los efectos de presión negativa provocados por la tensión superficial del agua. Una vez que comienza la cristalización a partir de estos precursores, las estructuras similares al hielo 0 se reorganizan rápidamente en el hielo más común I.

El autor principal, Hajime Tanaka, enfatizó las amplias implicaciones de este estudio y señaló que “se espera que los hallazgos sobre el mecanismo de cristalización de la superficie del agua hagan una contribución significativa a varios campos, incluidos los estudios climáticos y la ciencia de los alimentos, donde la cristalización del agua juega un papel crucial”. role.”

Una comprensión más detallada del hielo y cómo se forma puede proporcionar información invaluable sobre una variedad de áreas de estudio. Este trabajo puede ser de particular interés en meteorología, por ejemplo, donde la formación de hielo a través de precursores 0 similares al hielo puede tener un efecto más pronunciado en pequeñas gotas de agua como las que se encuentran en las nubes. Comprender el hielo también podría tener beneficios en la tecnología, desde la ciencia de los alimentos hasta el aire acondicionado.

Referencia: “Cristalización de agua inducida por la superficie debido a precursores formados en regiones de presión negativa” por Gang Sun y Hajime Tanaka, 26 de julio de 2024, Comunicaciones de la naturaleza.
doi: 10.1038/s41467-024-50188-1