Nuevos estudios del agua muestran su rareza

En la playa, en el sumidero de la bañera, cayendo del cielo en forma de lluvia, el agua es una parte tan básica de nuestras vidas, sin la cual no podríamos existir, que la damos por sentada. Lo lógico sería pensar que la ciencia la entiende perfectamente. Sin embargo, esto no es así.De hecho, las últimas investigaciones que se han realizado muestran que, a medida que se estudia más en detalle, el agua se hace más misteriosa. Hoy en día es considerada por los científicos como algo asombroso, como uno de los líquidos más misteriosos, complejos y excéntricos de los conocidos. Algunos físicos creen que las peculiaridades del agua se pueden explicar sólo si se supone que el agua puede existir no como uno, sino como dos líquidos diferentes, cada uno de los cuales tendría propiedades características y diferentes. En algunas circunstancias, señalan estos físicos, el agua que sale de un grifo podría separarse, como la vinagreta en dos fluidos distintos.

Esta idea no es aceptada de forma general, de hecho es muy polémica, pero muestra hasta dónde es preciso llegar para explicar lo extraño del humilde H2O. La idea de los dos tipos o clase de agua surge de las observaciones hechas en los años ochenta por Austen Angell, que ahora trabaja en la Universidad del Estado de Arizona (Estados Unidos), y su equipo. Este equipo de científicos estaba observando el agua en su estado superenfriado, en el que el agua líquida se enfría por debajo de su temperatura normal de congelación sin solidificarse al convertirse en hielo. Los cristales de hielo crecen normalmente en motas de polvo que actúan como semillas. Si se mantiene el agua totalmente libre de polvo se puede enfriar hasta los 38 grados centígrados bajo cero sin que se congele.

Propiedades improbables

A medida que se enfría más, el agua se vuelve más extraña. Los experimentos de Angell y de sus colegas de aquella época sugirieron que si se pudiera enfriar el agua por debajo de los 38 grados bajo cero mientras se mantiene en estado líquido, tendría todo tipo de propiedades improbables. Por ejemplo, podría convertirse en un sumidero de calor ilimitado, de forma que ningún aumento de calor pudiera aumentar su temperatura. También sería infinitamente comprimible, de forma que cualquier presión, por pequeña que fuera, la reduciría a la nada.En 1994, Eugene Stanley y sus colegas de la Universidad de Boston (EE UU) sugirieron una posible explicación para estas extrañas observaciones. Quizás, dijeron estos científicos, el extraño comportamiento del agua superenfriada podría ser un eco de un comportamiento todavía más raro cuando el agua se comprime a altas presiones. Sus modelos de ordenador del agua sugirieron que, a 78 grados centígrados bajo cero y una presión mil veces superior a la atmosférica, el agua se separa en dos tipos de líquido, cada uno con una densidad diferente. Aunque se predice que esta separación sólo se produciría a temperaturas muy bajas y altas presiones, sus repercusiones se notarían en otras condiciones y podría explicar los extraños rasgos del agua que predicen el trabajo de Angell y sus colegas.

En la actualidad, la idea de "dos aguas" es puramente teórica. No es posible buscarlas a través de experimentos directos, porque el agua real, al contrario que el agua simulada por ordenador, no se puede enfriar a 78 grados centígrados bajo cero sin que se congele. De forma que los físicos deben buscar rutas indirectas para lograr la ansiada captura de los dos líquidos.

El año pasado, Stanley y Osamu Mishima, del Instituto Nacional de Investigación de Materiales Inorgánicos de Tsukuba (Japón), comunicaron la realización de experimentos en los que comprimieron diminutas gotas de hielo y midieron su cambio de temperatura. Estos trabajos fueron una especie de exploración arqueológica de las supuestas dos formas del agua. Al excavar en el hielo a la temperatura y presión correctas, los científicos 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 líquidos diferentes podría dar alguna pista sobre la causa de que el agua sea más densa a 4 grados centígrados y no, como sería lógico si se tiene en cuenta el comportamiento de la mayoría de los demás líquidos existentes, en el punto de congelación. Este fenómeno podría ser los restos de una competición entre una forma densa de agua, en la cual las moléculas que la constituyen se acercan unas a otras, y una forma con mayores espacios intermedios en la cual los enlaces entre las moléculas de agua se conservan intactos, manteniendo mayores distancias entre las moléculas. Con esta hipótesis a bajas temperaturas (por debajo de los 4 grados) la forma menos densa podría ser más dominante, y a temperaturas más altas la forma más densa ganaría.

La familia del hielo

La habilidad de las moléculas de agua para situarse en muchas estructuras diferentes queda más clara cuando se congela. El hielo presente en un cóctel es sólo uno de una familia numerosa de hielos en los cuales las moléculas 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 última 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 centígrados, si se mantienen a suficiente presión. Una forma, el hielo número 7, es sólido incluso por encima de los 100 grados centígrados -pero sólo cuando se comprime a presiones superiores a 22.000 veces la presión atmosférica-.

En su novela Cats cradle, (La cuna del gato) Kurt Vonnegut describió una forma de hielo denominada hielo número 9, que permanece congelado a la temperatura de un día soleado de verano. Una astilla de este hielo cae al mar y hace germinar la transformación de los océanos en hielo número 9, destinado a permanecer siempre sólido. Pero el hielo número 7 nunca nos amenazará con ese destino, porque se deshiela instantáneamente cuando disminuye la presión a la que está sometido.