Sondeo ultrarrápido de rayos X de la estructura del agua por debajo de la temperatura de nucleación de hielo...

Área de la Ciencia:

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

Sus antecedentes:

• El agua exhibe propiedades físicas anómalas, especialmente cuando se superafrió por debajo de su punto de congelación.
• Las funciones de respuesta termodinámica sugieren una divergencia alrededor de 228 K, debatida como una posible transición de fase en la "tierra de nadie" (160-232 K).
• Estudios anteriores sobre el agua súper enfriada utilizaron volúmenes nanoscópicos, limitando la relevancia a las propiedades del agua a granel.

Objetivo del estudio:

• Probar experimentalmente la estructura del agua líquida a granel por debajo de la temperatura de nucleación de hielo homogéneo (TH).
• Investigar la existencia y propiedades del agua líquida metastable en la región de la "tierra de nadie".
• Proporcionar datos estructurales que puedan ayudar a validar las teorías que explican el comportamiento anómalo del agua.

Principales métodos:

• Se utilizaron pulsos láser de rayos X de femtosegundos para el análisis estructural.
• Se empleó el enfriamiento por evaporación de gotas de agua de tamaño micrométrico para alcanzar temperaturas por debajo de TH.
• Superó las limitaciones de la rápida cristalización del hielo utilizando técnicas especializadas de gotas.

Principales resultados:

• Proporcionó evidencia experimental para el agua líquida a granel metastable hasta 227 K.
• Se observó una aceleración del ordenamiento estructural al enfriarse a aproximadamente 229 K.
• Detectó un rápido aumento en la cristalización del hielo, pero notó que algunas gotas permanecieron líquidas durante milisegundos.

Conclusiones:

• El estudio confirma la existencia de agua líquida a granel metastable en la "tierra de nadie".
• Los hallazgos ofrecen datos estructurales cruciales para comprender las propiedades termodinámicas anómalas del agua.
• Los resultados ayudarán a diferenciar entre teorías competidoras del comportamiento del agua a bajas temperaturas.