Papel del desorden de apilamiento en la nucleación del hielo

Área de la Ciencia:

• Química Física
• Ciencias atmosféricas
• Ciencias de los materiales

Sus antecedentes:

• Los pronósticos climáticos y meteorológicos precisos dependen de la predicción de las tasas de nucleación de hielo.
• La teoría de la nucleación clásica (CNT) asume una estructura de hielo hexagonal para cristalitos de tamaño nanométrico, que puede no reflejar la realidad.

Objetivo del estudio:

• Para investigar la estabilidad del hielo desordenado contra el hielo hexagonal.
• Determinar el impacto de la estructura cristalina del hielo en las tasas de nucleación y el modelado climático.

Principales métodos:

• Se utilizó el muestreo de eventos raros y los cálculos de energía libre con el modelo de agua mW.
• Analizó la estabilidad de cristalitos de hielo desordenados hasta 100.000 moléculas.

Principales resultados:

• El hielo de apilamiento desordenado es la fase estable para cristalitos de hasta al menos 100.000 moléculas.
• A 230 K, las cristalinas críticas con desorden de apilamiento son 14 kJ/mol más estables que las hexagonales.
• Las tasas de nucleación de hielo para el hielo desordenado por apilamiento son más de tres órdenes de magnitud más altas que las predicciones de la CNT.

Conclusiones:

• La teoría clásica de la nucleación requiere una corrección para tener en cuenta la estabilidad dependiente del tamaño de los cristalitos de hielo.
• Los hallazgos impactan el modelado de la formación de nubes y las predicciones del número de partículas de hielo, especialmente a temperaturas más cálidas.