Experimentando: hasta qué punto es posible enfriar el agua sin que se congele

El agua tiene unas propiedades anómalas, como por ejemplo, su densidad, que es máxima a 4°C, o el hecho de que su forma sólida sea menos densa que el estado líquido. Estas peculiaridades han permitido preservar la vida en el fondo de los lagos helados durante las glaciaciones y afectan al clima terrestre porque los casquetes helados flotantes no modifican el nivel de los océanos.

Algunas de esas anomalías, como la capacidad calorífica (la cantidad de energía necesaria para cambiar la temperatura de una sustancia) se acentúan cuando el agua se enfría por debajo del punto de congelación (0°C).

Red de puentes de hidrógeno: agua subenfriada

"El origen de esa anomalía se achaca a la peculiar estructura de puentes de hidrógeno entre las moléculas de agua, pero no se dispone de una explicación detallada a nivel molecular. Una manera de ahondar en este conocimiento es estudiando la estructura del agua líquida subenfriada, que es aquella que permanece en estado líquido por debajo del punto de congelación", explica el investigador del CSIC José María Fernández, que trabaja en el Instituto de Estructura de la Materia.

Las moléculas de H2O en su estado líquido o sólido se enlazan entre sí mediante puentes de hidrógeno, formando una red tridimensional. Esta red es la responsable de que el agua sea líquida a temperatura ambiente y de sus anómalas propiedades.

"Cuanto más se enfría el agua por debajo de 0°C, más inestable se vuelve respecto a su conversión en hielo, por eso el agua profundamente subenfriada es tan inaccesible", agrega el investigador del CSIC, cuyo trabajo supone un nuevo método para medir la temperatura de las microgotas de agua líquida con una precisión de +-0,6 C°.

¿Cómo? Fila de gotas diminutas

Los experimentos han consistido en preparar una fila muy uniforme de gotas diminutas, de unas seis micras de diámetro, dentro de una cámara de vacío. "Al viajar en el vacío, a una velocidad de 72 kilómetros por hora, las gotas se enfrían rápidamente por evaporación superficial. Para determinar si las gotas seguían siendo líquidas en un punto o se habían congelado, las iluminamos con un haz láser focalizado, y analizamos espectralmente la luz dispersada por ellas”, explica Fernández.

La técnica para producir agua líquida subenfriada se puede emplear en otros experimentos para su determinación estructural, como difracción de rayos X en sincrotrón, o difracción de neutrones, así como aplicarla a experimentos de microgotas de otros líquidos subenfriados para medir con precisión su temperatura.