Nanotubos convierten el agua en sólido a temperaturas de ebullición

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Agua se congela en nanotubos a temperaturas de ebullición

Es un hecho bien conocido que el agua, a nivel del mar, comienza a hervir a una temperatura de 100 grados Celsius. Y los científicos han observado desde hace tiempo que cuando el agua está confinada en espacios muy pequeños, sus puntos de ebullición y congelación pueden cambiar un poco, por lo general caen alrededor de 10 C o menos.

Pero ahora, un equipo del MIT ha encontrado un conjunto completamente inesperado de cambios: dentro del más pequeño de los espacios, en nanotubos de carbono cuyas dimensiones internas no son mucho más grandes que unas pocas moléculas de agua, el agua se puede congelar incluso a altas temperaturas a las que normalmente estaría hirviendo.

El hallazgo podría tener aplicaciones en la creación de "hilos de hielo" conductores de protones.

La temperatura por sí sola no es el único factor en determinar cuándo el agua se desplaza entre un sólido, un líquido y un gas. La presión, por ejemplo, también juega un papel importante, permitiendo que el agua sea efectivamente hervida hasta que se congela al bajar la presión.

También se sabe que el agua se comporta de manera extraña cuando se limita a espacios en la escala de nanómetros. De hecho, a principios de este año, científicos del Oak Ridge National Lab descubrieron que el agua tiene un extraño estado de materia cuando se pone bajo presión extrema en estos espacios diminutos.

Y literatura desde la década de 1990 ha observado que el agua se vaporiza espontáneamente cuando está estrechamente rodeada de materiales hidrófobos.

"Si confinas un fluido a una nanocavidad, realmente puedes distorsionar su comportamiento de fase", dice Michael Strano, autor principal del estudio. "El efecto es mucho mayor de lo que nadie había previsto", añadió.

Las nanopartículas aumentan la eficacia de los medicamentos.

Los investigadores esperaban ver cambios en la temperatura a la que el agua hierve y se congela, pero los cambios fueron mucho más pronunciados de lo que habían anticipado, y en la otra dirección: el punto de congelación aumentó en lugar de bajar.

En una prueba, el agua se congeló en un nanotubo a una temperatura entre 105° C y 151° C.  

Prueba

Para estudiar esto, el equipo colocó depósitos de agua en ambos extremos de los nanotubos de carbono, que quedaron abiertos. Cómo el agua entró en ellos sigue siendo un misterio, dado que los nanotubes generalmente tienden a repeler el agua.

Utilizando la espectroscopia vibratoria, el equipo fue capaz de rastrear no sólo el movimiento de agua dentro de un nanotubo, sino también su estado físico. Y aunque el agua se solidifica, esto no necesariamente significa que sea hielo, porque el equipo aún no ha podido confirmar si contiene la estructura cristalina usual del hielo.

Entonces, ¿qué podemos hacer con este extraño material?

Dado que este agua sólida permanece estable a temperatura ambiente, los investigadores sugieren que se puede desarrollar un tipo de "alambre de hielo" que podría conducir protones 10 veces mejor que los materiales existentes.