¡INSÓLITO! El agua existe como dos líquidos diferentes.

Consideramos normalmente el agua líquida como desordenada con las moléculas que se reorganizan en una escala de tiempo corta alrededor de una cierta estructura media.

Impresión de un artista de las dos formas de agua líquida ultra viscosa con diversa densidad. En el fondo se representa el patrón del punto de la radiografía tomado de datos reales de hielo amorfo de alta densidad, que es producido presurizando el agua en  temperaturas muy bajas. Crédito: Mattias karlén

Ahora, sin embargo, los científicos de la Universidad de Estocolmo han descubierto dos fases del líquido con grandes diferencias en la estructura y la densidad. Los resultados se basan en estudios experimentales utilizando rayos X, que ahora se publican en Proceedings of the National Academy of Science (US).

La mayoría de nosotros sabemos que el agua es esencial para nuestra existencia en el planeta tierra.

Es menos bien sabido que el agua tiene muchas características extrañas o anómalas y se componen muy diferentemente de el resto de los líquidos. Algunos ejemplos son el punto de fusión, la densidad, la capacidad calorífica, y en todo hay más de 70 propiedades del agua que difieren de la mayoría de los líquidos.

Estas propiedades anómalas del agua son un prerrequisito para la vida tal como la conocemos.

"La nueva característica notable es que encontramos que el agua puede existir como dos líquidos diferentes a bajas temperaturas donde la cristalización del hielo es lenta", dice Anders Nilsson, profesor de física química de la Universidad de Estocolmo.

El avance en la comprensión del agua ha sido posible mediante una combinación de estudios utilizando rayos X en el laboratorio nacional de Argonne, cerca de Chicago, donde se evidenciaron las dos estructuras diferentes y en el gran laboratorio de rayos X DESY en Hamburgo donde la dinámica podría ser investigada y demostró que las dos fases eran en realidad ambas fases líquidas.

El agua puede así existir como dos diversos líquidos.

"Es muy emocionante poder utilizar rayos X para determinar las posiciones relativas entre las moléculas en diferentes momentos", dice Fivos Perakis, postdoctorado en la Universidad de Estocolmo con un fondo en espectroscopia óptica ultrarrápida.

"Hemos sido capaces, en particular, de seguir la transformación de la muestra a bajas temperaturas entre las dos fases y demostramos que la difusión es típica de los líquidos".

Cuando pensamos en el hielo, es más a menudo como una fase ordenada, cristalina que salir de la caja de hielo, pero la forma más común de hielo en nuestro sistema planetario es amorfa, que es desordenada, y hay dos formas de hielo amorfo con baja y alta densidad.

Las dos formas pueden interconvertir y ha habido especulaciones que pueden ser relacionadas con las formas bajas y de alta densidad de agua líquida. Para investigar experimentalmente esta hipótesis ha sido un gran desafío que el grupo de Estocolmo ya ha superado.

"He estudiado hielos amorfos durante mucho tiempo con el objetivo de determinar si se puede considerar un estado vidrioso que representa un líquido congelado", dice Katrin Amann-Winkel, investigadora en física química de la Universidad de Estocolmo.

"Es un sueño que se hace realidad seguir con tal detalle cómo un estado vidrioso de agua se transforma en un líquido viscoso que se transforma casi de inmediato en un líquido diferente, aún más viscoso, de mucha menor densidad".

"La posibilidad de hacer nuevos descubrimientos en el agua es totalmente fascinante y una gran inspiración para mis estudios", dice Daniel Mariedahl, estudiante de doctorado en física química de la Universidad de Estocolmo.

"Es particularmente emocionante que la nueva información haya sido proporcionada por rayos X desde el pionero de la radiación de rayos X, Wolfgang Röntgen, él mismo especuló que el agua puede existir en dos formas diferentes y que la interacción entre ellas podría dar lugar a sus extrañas propiedades".

"Los nuevos resultados dan un apoyo muy fuerte a una imagen donde el agua a temperatura ambiente no puede decidir en cuál de las dos formas debe ser, alta o baja densidad, lo que resulta en fluctuaciones locales entre los dos", dice Lars G.M. Pettersson, profesor de física química teórica de la Universidad de Estocolmo.

"En pocas palabras: el agua no es un líquido complicado, sino dos líquidos simples con una relación complicada".

Estos nuevos resultados no sólo crean una comprensión global del agua a diferentes temperaturas y presiones, sino también cómo el agua es afectada por las sales y las biomoléculas importantes para la vida.

Además, el aumento de la comprensión del agua puede conducir a nuevas ideas sobre cómo purificar y desalinizar el agua en el futuro.

Este será uno de los principales desafíos para la humanidad en vista del cambio climático global.