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Obtienen una nueva forma de hielo amorfo

07.02.2023

Un equipo de químicos británicos ha molido hielo común en un molino de bolas a una temperatura de 77 kelvin y obtenido una nueva forma de hielo amorfo. Este es el nombre del hielo que, a diferencia del hielo cristalino, no tiene una estructura molecular ordenada. La forma abierta era estable a la presión atmosférica hasta 1,1 gigapascales. Los científicos le dieron el nombre de hielo amorfo de densidad media.

El diagrama de fases del agua revela unas 20 de sus formas cristalinas, así como dos fases amorfas, caracterizadas por la falta de orden en la disposición de las moléculas. Estos últimos se dividen en dos tipos: hielo amorfo de alta y baja densidad. A la presión atmosférica y una temperatura de 77 kelvin, el primero tiene una densidad de 1,13 g por centímetro cúbico y el segundo, 0,94 g por centímetro cúbico. Al mismo tiempo, se conocen desde el siglo pasado, y no se han encontrado formas amorfas de hielo durante este tiempo en el intervalo de densidad entre ellos.

Sin embargo, la curiosidad de los científicos no decae, pues se trata de hielo amorfo que se cree es el más común en el universo. Y en su trabajo, los químicos del University College London pudieron encontrar una forma previamente desconocida de hielo amorfo.

En sus experimentos, los científicos utilizaron el método del molino de bolas, que es popular para estudiar formas amorfas de materiales. Con su ayuda, la amorfización ocurre a través de la interacción con bolas que afectan a los cristales con fuerzas de compresión y cizallamiento, introduciendo defectos. Para el hielo, este método no se había utilizado antes, por lo que en su trabajo, los químicos fueron los primeros en decidir moler hielo ordinario Ih en un molino de este tipo. Para hacer esto, lo enfriaron a la temperatura del helio líquido (77 Kelvin), agregaron bolas de acero inoxidable al hielo y luego las agitaron. Durante 80 ciclos de tal molienda, los científicos recibieron una muestra, cuyo análisis indicó que habían logrado adquirir una nueva forma amorfa de hielo.

El aspecto general del hielo obtenido en el molino es el de grandes trozos de polvo denso, cuya densidad los científicos estimaron en 1,06 g por centímetro cúbico. Este valor está justo en la brecha entre el ya conocido hielo amorfo de baja y alta densidad, por lo que los científicos dieron a la nueva forma el nombre de hielo amorfo de densidad media. Las comparaciones de las características de difracción de las tres formas indican que el hielo descubierto por los químicos tiene una estructura única. Con un aumento de la presión (ya una temperatura constante de 77 kelvin), después de la marca de 1,1 gigapascales, el hielo comienza a convertirse en hielo amorfo de alta densidad.

Moler otras fases del hielo (II, IX y V) de la misma manera no trajo nuevas formas a los científicos, lo que puede indicar que es el hielo "ordinario" l el que está especialmente sujeto a la amorfización.

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