L’aigua pot mantenir-se en estat líquid a temperatures sota cero

A gairebé tothom li ensenyen que l’aigua cristal·litza, és a dir passa a l’estat sòlid, per sota dels 0ºC. Però això no és cert del tot. Si tenim aigua mineral a -20 ºC – el que nomenem aigua super-refredada – veurem que aquesta encara no ha cristal·litzat, però que qualsevol cop pot provocar la cristal·lització instantània de tota la massa d’aigua (veure https://www.youtube.com/watch?v=LYcwXA-Y5qk). Si la massa d’aigua líquida sota cero (a -20, -40 ºC), s’aboca amb cura sobre un petit glaçó, veurem que cristal·litza també immediatament.  Aquesta pràctica l’hem fet alguna vegada i serveix per explicar, per exemple, la pluja glaçant. Aquest és un estrany fenomen que es produeix quan aigua pura i sense impureses, a vegades a T per sota dels -40ºC, cau sobre una superfície freda. L’aigua de pluja es glaça ràpidament i provoca grans capes de glaç que poden paralitzar tota l’activitat d’una zona.

En la majoria de casos l’aigua no es congela, no cristal·litza, perquè no hi ha nuclis al voltant dels quals puguin créixer els cristalls de glaç.

Però ara, podem llegir en un article aparegut a SINC (veure http://www.agenciasinc.es/Noticias/El-agua-puede-mantenerse-en-estado-liquido-a-temperaturas-bajo-cero), com jugant amb la humitat podem aconseguir el mateix efecte. Aquesta investigació pot servir per millorar el control de la congelació de l’aigua i , per tant, millorar determinats processos industrials.

El agua puede mantenerse en estado líquido a temperaturas bajo cero

Un equipo de investigación de universidades y empresas ha demostrado que, con un nivel de humedad ambiental adecuado, el agua súper enfriada puede mantenerse indefinidamente en estado líquido a temperaturas bajo cero. El hallazgo permitirá un mayor control de la congelación del agua, un proceso que afecta a una gran cantidad de elementos cotidianos y factores clave en la industria.

UAH |  | 06 julio 2016 10:30

<p>El agua puede mantenerse en estado líquido a temperaturas bajo cero con la humedad adecuada. / Powerhouse Museum</p>

El agua puede mantenerse en estado líquido a temperaturas bajo cero con la humedad adecuada. / Powerhouse Museum

El cambio de estado en el agua pura no sucede siempre a 0 ºC, como nos enseñan en el colegio. 0 ºC es la temperatura de fusión. Se sabe que el agua súper enfriada -sometida a un proceso de enfriamiento por debajo de su punto de congelación sin que se transforme en sólido- puede seguir siendo líquida a temperaturas bajo cero, pero hasta ahora se pensaba que esta fase meta-estable era prácticamente imposible de controlar y, por tanto, cualquier mínima perturbación podía provocar que el agua se congelara.

Investigadores de la Universidad de Alcalá, Lülea Technical University (Suecia) y de las empresas, Mag SOAR y Saint George Tech han descubierto que si se mantienen los niveles de humedad adecuados, el agua súper enfriada puede mantenerse en estado líquido de forma indefinida a temperaturas bajo cero, sin llegar nunca a convertirse en hielo. Los resultados de esta investigación aparecen publicados en SpringerPlus.

El equipo de investigación liderado por José Luis Pérez Díaz, profesor de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Alcalá, ha demostrado que existe una relación directa entre la temperatura de congelación de la superficie del agua y la humedad ambiental. En un primer estudio, publicado en enero en Journal of Multidisciplinary Engineering Science and Technology (JMEST), los investigadores probaron que los niveles de humedad del aire podían desencadenar o evitar el proceso de congelación en gotas de agua. Sin embargo, todavía no estaba claro si este fenómeno se produciría de la misma forma en cantidades mayores de agua.

La humedad desencadena el proceso de congelación de agua sea cual sea su volumen

Cámara climática

Para averiguarlo, los científicos desarrollaron una cámara climática especialmente diseñada para controlar los niveles de humedad y la temperatura con máxima precisión y colocaron en su interior un recipiente con agua desionizada para capturar imágenes del proceso.

Los resultados han demostrado que la humedad desencadena el proceso de congelación de agua sea cual sea su volumen. Además, las imágenes evidenciaron la formación de mono cristales bidimensionales en la superficie del agua, de manera que, durante unos milisegundos, una fina capa de hielo separa el agua líquida súper enfriada del vapor del aire ambiental.

Este descubrimiento supone un nuevo paso adelante para una comprensión más profunda del comportamiento del agua. Además, permitirá un mayor control de la congelación del agua, un proceso que afecta a una gran cantidad de elementos cotidianos y factores clave en la industria alimentaria o en sectores como energía y transporte.

Referencia bibliográfica:

J. L. Pérez-Díaz, M. A. Álvarez-Valenzuela, F. Rodríguez-Celis. “Surface freezing of water“.  SpringerPlus 2016 5:629 DOI: 10.1186/s40064-016-2196-3

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