Previamente predicho por modelos teóricos, ahora tenemos la primera observación experimental del plástico ICE VII. Eso puede sonar como una película de franquicia de bajo presupuesto, pero en realidad es una fase exótica de agua que los científicos creen que podría formarse en los océanos en planetas alienígenas.
¿Qué tan exóticos estamos hablando? Bueno, Plastic Ice VII necesita temperaturas y presiones increíblemente altas para formar. A medida que aumentan las temperaturas y las presiones, las moléculas de agua se ven obligadas a una variedad de configuraciones y dinámicas.
Un equipo internacional de investigadores creó ICE VII al apretar el agua hasta las presiones de 6 Gigapascal y calentarlo a temperaturas de hasta 327 ° C (620 ° F)utilizando instrumentos de alto calibre en el Institut Laue-Langevin (ILL) en Francia para observar de cerca a medida que cambiaba la fase.
Ice VII presenta una estructura cúbica claramente entrelazada, una donde los hidrógenos se vuelven un poco desordenadamente. Sin embargo, lo que sucede con esta estructura cuando se le permite “derretir” nunca ha sido claro, y algunos sugieren que las moléculas permanecen en su lugar mientras sus hidrógenos deambulan.
La naturaleza sutil de la fase hipotética del agua requiere mediciones cuidadosas de los movimientos de su hidrógeno en lugar de una instantánea de su forma, por lo que no es de extrañar que los científicos no hayan podido probar su existencia. Hasta ahora.
Una de las técnicas utilizadas para identificar el hielo VII fue dispersión de neutrones cuasi-elásticos (Qens), donde los pequeños movimientos de partículas dentro de las sustancias pueden ser rastreados por neutrones.
“La capacidad de los QEN para sondear tanto la dinámica traslacional como la rotacional es una ventaja única para la exploración de tales transiciones de fase exótica en comparación con otras técnicas espectroscópicas”. dice Física Maria Rescigno, de la Universidad de Roma de Sapienza en Italia.
Como se predijo Hace unos 17 añosel equipo de investigación pudo ver a los hidrógenos girando a nivel microscópico, cuando ICE VII, una de las docenas de fases de hielo Sabemos que se calienta y se pone bajo más presión.
Sin embargo, hubo una sorpresa: las moléculas dentro del hielo de plástico VII no giraban libremente sino que giraban en escalones escalonados. Es probable que esto se reduzca a la forma en que se rompen y restauran los enlaces de hidrógeno entre las moléculas, dicen los investigadores.
“Las mediciones de QENS sugirieron un mecanismo de rotación molecular diferente para el hielo plástico VII que el comportamiento del rotor libre inicialmente esperado”. explica Rescigno.
Mundos helados en el universo, como Neptuno, o Júpiter’s Moon Europa – Podría haber albergado Ice VII de plástico en el pasado, piensan los expertos. Ser capaz de observar cómo se comporta el hielo en el laboratorio también nos da una mejor comprensión de lo que sucedió en el pasado a estos planetas y sus satélites.
Esa es un área potencial para futuras investigaciones. Otro es echar un vistazo más de cerca a cómo ocurre la transición al hielo de plástico VII, que podría ser continuo y gradual, o más abrupto, en función del modelado.
“El escenario de transición continuo es muy intrigante”, dice Física Livia Bove, de la Universidad de Roma de Sapienza.
“Sugera que la fase plástica podría ser el precursor de la fase superiónica esquiva: otra fase exótica híbrida del agua predicha a temperaturas y presiones aún más altas, donde el hidrógeno puede difundirse libremente a través de la estructura cristalina de oxígeno”.
La investigación ha sido publicada en Naturaleza.