Transición de primer orden en agua confinada entre las fases líquida de alta densidad y amorfa de baja densidad

Área de la Ciencia:

• Química Física es la química física.
• Ciencia de los materiales Ciencia de los materiales.
• Física computacional es la física computacional.

Sus antecedentes:

• El agua súper enfriada y el hielo amorfo exhiben un comportamiento complejo de fase metastable.
• Investigaciones anteriores identificaron transiciones entre sólidos y líquidos amorfos de alta / baja densidad, y una transición de líquido frágil a fuerte en agua confinada.

Objetivo del estudio:

• Investigar nuevas transiciones de fase en el agua confinada dentro de poros hidrofóbicos.
• Para identificar y caracterizar una transición amorfa líquido-a-bilaer por encima del punto de congelación del agua a granel.

Principales métodos:

• Se emplearon simulaciones de dinámica molecular para estudiar el comportamiento del agua.
• Se centró en el agua confinada en poros de ranuras hidrofóbicas con anchos subnanométricos.

Principales resultados:

• Se observó una transición amorfa de primer orden líquido-a-bilar en agua confinada.
• Esta transición ocurre por encima de las temperaturas de congelación del agua a granel, específicamente en los poros hidrofóbicos de hendidura de menos de 1 nm de ancho.
• El enfriamiento transforma el agua confinada de una red de enlaces de hidrógeno imperfecta a una fase amorfa de doble capa con una red de enlaces de hidrógeno poligonal perfecta, pero sin orden de largo alcance.

Conclusiones:

• Para el agua confinada existe un nuevo tipo de transición de fase, líquido-a-bilaer amorfo.
• Esta transición depende de la hidrofobidad de los poros y de la anchura del confinamiento.
• La transición observada comparte similitudes con las transiciones de fase en otras sustancias coordinadas tetraédricamente como el silicio, el carbono y el fósforo.