El complicado diagrama de fases del hielo de agua

Por Francisco R. Villatoro, el 30 noviembre, 2019. Categoría(s): Ciencia • Física • Nature • Noticias • Science ✎ 5

El agua es una sustancia muy simple en apariencia, pero su diagrama de fases a altas presiones aún nos reserva muchos misterios. En lugar de formar un sólido amorfo de alta densidad (HDA), como se pensaba desde 1984, pasa por una secuencia de fases cristalinas que están empezando a desvelarse mediante difracción de neutrones. En Nature se publicó que el hielo enfriado a 100 K pasa por varias fases cristalinas: hielo IXʹ entre 3 y 7 kbar (kilobares), hielo XVʹ por encima de 10 kbar, y a una mezcla de hielo XVʹ y hielo VIIIʹ por encima de 30 kbar; a temperatura ambiente estas fases corresponden al hielo III, hielo VI y hielo VII, resp. Así la fase amorfa (HDA) es una fase de transición entre el hielo normal (hielo I) y el hielo IXʹ, que pasa a las fases cristalinas de hielo ice XVʹ y hielo VIIIʹ bajo altas presiones.

El artículo es Chris A. Tulk, Jamie J. Molaison, …, Dennis D. Klug, «Absence of amorphous forms when ice is compressed at low temperature,» Nature 569: 542-545 (23 May 2019), doi: https://doi.org/10.1038/s41586-019-1204-5; John S. Tse, «A twist in the tale of the structure of ice,» Nature 569, 495-496 (22 May 2019), doi: https://doi.org/10.1038/d41586-019-01586-9.

El hielo de agua amorfo fue observado a temperaturas inferiores a 130 kelvin bajo presiones de hasta 11 kilobares. Como muestra la parte de abajo, la fase de hielo Ih se transformaba en la fase amorfa de alta densidad (HDA, por High-Density Amorphous) tras pasar por una fase amorfa de baja densidad (LDA, por Lower-Density Amorphous).  Esta figura muestra la estructura cristalina de hielo VII′. La nueva secuencia de transiciones de fase observada a 100 K se muestra en la parte de arriba de la figura: la transición de hielo Ih, a hielo IX′, a hielo XV′, y finalmente a hielo VIII′. Las medidas se han realizado usando el instrumento SNAP, Spallation Neutron Source, en el ORNL (Oak Ridge National Laboratory). Por cierto, se usa una muestra de hielo de agua pesada, D2O, con deuterio en lugar de hidrógeno, para facilitar la aplicación de altas presiones.



5 Comentarios

  1. ¿cuando quitas la presion, las fases más densas 8polimorfos de baja temperatura), son estables o metaestables, a presión de 1 atm. y 300ºk, como el diamante, en el C, o las fases de tipo grafito, en Si y Ge (formas de alta presion)? En caso contrario, por que estos polimorfos de baja temperatura, son inestsaables, cuando eliminas la presión, a 1 atm. y 300ºK; y el diamante en el C, y las forma grafitica en el Si, Ge y Sn, son metaestables, en condiciones normales?

    Un saludo.

  2. He visto que el silicio puede formar un cluster lineal, similar al de H2O, y uno triangular, ( Si3 ). ¿ su estructura cristalina, es como la del hielo exagonal ( Ih ); o por el contrario, forma otro tipo de estructura cristalina ? ¿ Cuál podría ser esta, y donde podría verla, en internet ( Google imagen) ?.

    1. Horch, ¿por qué no lo buscas en la web? La wikipedia ya te informa de que el silicio tiene la misma estructura cristalina del carbono; su estructura 3D es la del diamante (estructura cúbica centrada en las caras) http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Solids/sili2.html y su estructura 2D la del grafeno (siliceno https://en.wikipedia.org/wiki/Silicene). En cuanto a la estructura del silicio similar al monóxido de dihidrógeno (H2O) supongo que te refieres al dióxido de silicio (SiO2); en la wikipedia (https://en.wikipedia.org/wiki/Silicon_dioxide#Crystalline_forms) tienes sus estructuras cristalinas, las del cuarzo. Pero recuerda que buscar en Google y en la Wikipedia es muy fácil; ¿para qué me haces perder el tiempo buscándote cosas en la web?

      1. ¡ Vaya, perdona hombre!. Una últimas preguntas. El silicio, no forma enlaces sencillos y dobles, cuando forma la molécula Si6H6, y otros metales, como el Cu6H6; como si forma el carbono. Silicio y metales solo pueden formar enlaces sencillos, cuando forman ciclos de 6 atomos; y cadenas más cortas que las que forman los átomos de carbono. Pero, ¿ por que ?

        He estado viendo, que el hielo hexagonal, puede comportarse como semiconductor, ( Physic of Ice, Víctor F. Petrenko and Rober W.Whitworth pag 107 ), pero lo hace de una forma más compleja que como trabaja el silicio Germanio, y algunos compuestos binarios como BAs, InSb, o Si3P4, p. Ej.; donde las impurezas, rompen/alteran, algunos enlaces. También está curioso el adamantano https://es.m.wikipedia.org/wiki/Adamantano o https://www.wikiwand.com/en/Adamantane Y las moléculas diamanoides No sabía de esta molecula. ¿ Los cristales moleculares de sila-adamantano dopados, podrían construirse nuevos transistores de silicio, para computación en videojuegos. ? Los cristales moleculares de Si3, si forman una estructura hexagonal, como el hielo de H2O, también podrían servir ¿ no ? ¿ serían cristales semiconductores interesantes, para computación de videojuegos ? ¿ Por qué?.

        Un saludo. 🍻

  3. En el hielo, los portadores de carga primarios son los protones (ver conductor de protones ). [53] Anteriormente se pensaba que el hielo tenía una conductividad pequeña pero medible de 1 × 10 – 10  S / cm, pero ahora se cree que esta conductividad se debe casi en su totalidad a defectos superficiales, y sin ellos, el hielo es un aislante con un tamaño inconmensurablemente pequeño. conductividad https://hmong.es/wiki/Water_(molecule) ( Propiedades electricasConductividad eléctrica )

    En otros clusters similares, triatomicos, como: Si3 ( Dynamic second-order hyperpolarizabilities of Si3 and Si4 clusters using coupled cluster cubic response theory. You-ZhaoLanYun-LongFengYi-HangWenBo-TaoTeng ), clusters triangulares, como: Si2B y Si2P ( Structural evolution and bonding of phosphorus-doped silicon clusters SinPm−/0/+ with n = 1–10, m = 1, 2. Authors: Hung TanPhamabNguyen MinhTamabYassin A.JeilanicMinh ThoNguyenabd ), Li2C ( https://www.yumpu.com/en/document/read/18691325/electronic-structure-study-of-metallized-carbon-clusters-and-silicon- Pag 38 – 39 ); ocurrirá algo similar al hielo hexagonal ( Ih, H2O )

    El intercalado de átomos tri y pentavalentes, entre los clusters, no alterará los enlaces covalentes ( clusters ) o entre ellos, de tipo van der waals ); y sólo aportarían electrones móviles a estos; o les restaría ( O, Cl, N, F ). Pero no les aportarían huecos o electrones libres, como sucede en los conductores cristalinos ( SI, Ge ). Los binarios, se preparan con exceso de átomos trivalentes y defecto de pentavalentes ( tipo P o huecos ), o viceversa ( tipo N o electrones libres ).

Deja un comentario