Nuevos estudios del agua muestran su rareza

En la playa, en el sumidero de la ba?era, cayendo del cielo en forma de lluvia, el agua es una parte tan b¨¢sica de nuestras vidas, sin la cual no podr¨ªamos existir, que la damos por sentada. Lo l¨®gico ser¨ªa pensar que la ciencia la entiende perfectamente. Sin embargo, esto no es as¨ª.De hecho, las ¨²ltimas investigaciones que se han realizado muestran que, a medida que se estudia m¨¢s en detalle, el agua se hace m¨¢s misteriosa. Hoy en d¨ªa es considerada por los cient¨ªficos como algo asombroso, como uno de los l¨ªquidos m¨¢s misteriosos, complejos y exc¨¦ntricos de los conocidos. Algunos f¨ªsicos creen que las peculiaridades del agua se pueden explicar s¨®lo si se supone que el agua puede existir no como uno, sino como dos l¨ªquidos diferentes, cada uno de los cuales tendr¨ªa propiedades caracter¨ªsticas y diferentes. En algunas circunstancias, se?alan estos f¨ªsicos, el agua que sale de un grifo podr¨ªa separarse, como la vinagreta en dos fluidos distintos.

Esta idea no es aceptada de forma general, de hecho es muy pol¨¦mica, pero muestra hasta d¨®nde es preciso llegar para explicar lo extra?o del humilde H2O. La idea de los dos tipos o clase de agua surge de las observaciones hechas en los a?os ochenta por Austen Angell, que ahora trabaja en la Universidad del Estado de Arizona (Estados Unidos), y su equipo. Este equipo de cient¨ªficos estaba observando el agua en su estado superenfriado, en el que el agua l¨ªquida se enfr¨ªa por debajo de su temperatura normal de congelaci¨®n sin solidificarse al convertirse en hielo. Los cristales de hielo crecen normalmente en motas de polvo que act¨²an como semillas. Si se mantiene el agua totalmente libre de polvo se puede enfriar hasta los 38 grados cent¨ªgrados bajo cero sin que se congele.

Propiedades improbables

A medida que se enfr¨ªa m¨¢s, el agua se vuelve m¨¢s extra?a. Los experimentos de Angell y de sus colegas de aquella ¨¦poca sugirieron que si se pudiera enfriar el agua por debajo de los 38 grados bajo cero mientras se mantiene en estado l¨ªquido, tendr¨ªa todo tipo de propiedades improbables. Por ejemplo, podr¨ªa convertirse en un sumidero de calor ilimitado, de forma que ning¨²n aumento de calor pudiera aumentar su temperatura. Tambi¨¦n ser¨ªa infinitamente comprimible, de forma que cualquier presi¨®n, por peque?a que fuera, la reducir¨ªa a la nada.En 1994, Eugene Stanley y sus colegas de la Universidad de Boston (EE UU) sugirieron una posible explicaci¨®n para estas extra?as observaciones. Quiz¨¢s, dijeron estos cient¨ªficos, el extra?o comportamiento del agua superenfriada podr¨ªa ser un eco de un comportamiento todav¨ªa m¨¢s raro cuando el agua se comprime a altas presiones. Sus modelos de ordenador del agua sugirieron que, a 78 grados cent¨ªgrados bajo cero y una presi¨®n mil veces superior a la atmosf¨¦rica, el agua se separa en dos tipos de l¨ªquido, cada uno con una densidad diferente. Aunque se predice que esta separaci¨®n s¨®lo se producir¨ªa a temperaturas muy bajas y altas presiones, sus repercusiones se notar¨ªan en otras condiciones y podr¨ªa explicar los extra?os rasgos del agua que predicen el trabajo de Angell y sus colegas.

En la actualidad, la idea de "dos aguas" es puramente te¨®rica. No es posible buscarlas a trav¨¦s de experimentos directos, porque el agua real, al contrario que el agua simulada por ordenador, no se puede enfriar a 78 grados cent¨ªgrados bajo cero sin que se congele. De forma que los f¨ªsicos deben buscar rutas indirectas para lograr la ansiada captura de los dos l¨ªquidos.

El a?o pasado, Stanley y Osamu Mishima, del Instituto Nacional de Investigaci¨®n de Materiales Inorg¨¢nicos de Tsukuba (Jap¨®n), comunicaron la realizaci¨®n de experimentos en los que comprimieron diminutas gotas de hielo y midieron su cambio de temperatura. Estos trabajos fueron una especie de exploraci¨®n arqueol¨®gica de las supuestas dos formas del agua. Al excavar en el hielo a la temperatura y presi¨®n correctas, los cient¨ªficos esperaban detectar la fantasmal firma de un cambio entre las dos supuestas formas del agua. Los resultados sugirieron tal cambio pero no fueron concluyentes.

Sin embargo, el hecho es que el concepto de los dos l¨ªquidos diferentes podr¨ªa dar alguna pista sobre la causa de que el agua sea m¨¢s densa a 4 grados cent¨ªgrados y no, como ser¨ªa l¨®gico si se tiene en cuenta el comportamiento de la mayor¨ªa de los dem¨¢s l¨ªquidos existentes, en el punto de congelaci¨®n. Este fen¨®meno podr¨ªa ser los restos de una competici¨®n entre una forma densa de agua, en la cual las mol¨¦culas que la constituyen se acercan unas a otras, y una forma con mayores espacios intermedios en la cual los enlaces entre las mol¨¦culas de agua se conservan intactos, manteniendo mayores distancias entre las mol¨¦culas. Con esta hip¨®tesis a bajas temperaturas (por debajo de los 4 grados) la forma menos densa podr¨ªa ser m¨¢s dominante, y a temperaturas m¨¢s altas la forma m¨¢s densa ganar¨ªa.

La familia del hielo

La habilidad de las mol¨¦culas de agua para situarse en muchas estructuras diferentes queda m¨¢s clara cuando se congela. El hielo presente en un c¨®ctel es s¨®lo uno de una familia numerosa de hielos en los cuales las mol¨¦culas de agua se enlazan en diferentes formaciones ordenadas. Si se comprime el hielo normal, transforma su estructura, pasando de la que tiene a otra diferente.El anuncio del descubrimiento de la ¨²ltima de estas estructuras -la decimosegunda de la familia- ha sido hecho en 1998 por investigadores del University College de Londres y de la Universidad de Karlsruhe (Alemania). Algunas de estas formas de hielo permanecen congeladas incluso por encima de los 0 grados cent¨ªgrados, si se mantienen a suficiente presi¨®n. Una forma, el hielo n¨²mero 7, es s¨®lido incluso por encima de los 100 grados cent¨ªgrados -pero s¨®lo cuando se comprime a presiones superiores a 22.000 veces la presi¨®n atmosf¨¦rica-.

En su novela Cats cradle, (La cuna del gato) Kurt Vonnegut describi¨® una forma de hielo denominada hielo n¨²mero 9, que permanece congelado a la temperatura de un d¨ªa soleado de verano. Una astilla de este hielo cae al mar y hace germinar la transformaci¨®n de los oc¨¦anos en hielo n¨²mero 9, destinado a permanecer siempre s¨®lido. Pero el hielo n¨²mero 7 nunca nos amenazar¨¢ con ese destino, porque se deshiela instant¨¢neamente cuando disminuye la presi¨®n a la que est¨¢ sometido.