El complicado diagrama de fases del hielo de agua

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

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.



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