A pesar de ser un elemento de suma importancia para la vida, el agua sigue siendo una sustancia llena de misterios. Eso sí, lo conocemos muy bien y conocemos sus diferentes estados: líquido, en un vaso de agua o bajo la lluvia, sólido, en el hielo de nuestras bebidas o en la nieve, y gaseoso, por vapor.
Pero, ¿qué pasa cuando, a mediados del siglo XXI, los científicos descubren una forma de hielo a temperatura ambiente y con una estructura molecular completamente diferente?
Esto es lo que sucedió en la investigación de un grupo internacional de investigadores de la Universidad de Manchester en Inglaterra. Al aislar una pequeña cantidad de agua entre dos placas de grafeno para estudiar la reacción de la sustancia en condiciones anormales, los científicos produjeron, sorprendentemente, ¡hielo!
Abajo en el video puedes ver la dinámica de este «helado 2D».
https://www.youtube.com/watch?v=TFL_4riM1PA
Procedamos paso a paso
El grafeno no es más que una de las muchas formas de carbono puro que se encuentran, como el diamante, el grafito, los fullerenos y los nanotubos. El grafeno tiene la forma de una placa del grosor de una sola molécula de carbono, que están conectadas entre sí de forma hexagonal, como una malla metálica. El material formado es extremadamente fuerte y un excelente conductor de calor y electricidad.
Cuando los científicos aplicaron una gota de agua de 1 microlitro (μL) a una de las placas y colocaron otra encima, formando un «sándwich», parte del agua se evaporó y se aplicó una enorme presión a las moléculas restantes, una propiedad aún desconocida. .de placas de grafeno.
Los cálculos de la presión ejercida por el material carbonoso indicaron 1 gigapascal (GPa), o unas 10.000 veces la presión atmosférica normal. Toda esta fuerza aplicada a las moléculas de agua cambió su estructura y, para sorpresa de los científicos, la forma resultante fue el hielo. Pero no cualquier helado.
Un cambio estructural molecular
Cuando observamos la estructura molecular del agua en estado sólido, la que se forma naturalmente cuando la exponemos a temperaturas por debajo de los 0°C, vemos formas cristalinas hexagonales. Esto es muy claro en los famosos cristales de nieve, que siempre tienen esta forma de seis lados. El hielo encontrado por los científicos tenía moléculas cuadradas. Así es, las moléculas de agua en estado sólido se conectan entre sí mediante enlaces en ángulo recto.
A la izquierda, el hielo creado con grafeno, con sus moléculas «cuadradas». A la derecha, las moléculas hexagonales del hielo ordinario.
El descubrimiento fue sorprendente, pero los tipos distintos al hielo regular no son tan raros. Los expertos en la materia ya conocen otras diecisiete formas cristalinas de agua con diferentes estructuras moleculares, ya sea alteradas por la presión o la temperatura. El helado hecho en el sándwich de grafeno sería el número 18.
Estos nuevos hallazgos sobre el comportamiento del agua en diferentes situaciones y la aplicación práctica de las placas de grafeno pueden suponer un gran avance en el tratamiento del agua. Las placas de óxido de grafeno ya han mostrado propiedades curiosas, como el hecho de que dejan pasar las moléculas de agua, pero bloquean todas las demás sustancias. En otras palabras, cualquier desarrollo en esta área podría ser la solución definitiva al problema global del tratamiento del agua.