Un equipo de investigación científica internacional utilizó el espectrómetro de neutrones avanzado y otras instalaciones del Instituto Laue-Langevin en Francia para observar por primera vez la extraña forma de agua: "Plasticice VII" (Plasticice VII). Estudiar el estado plástico y el estado superiónico del agua puede ayudar a las personas a comprender mejor la estructura interna y el flujo de los glaciares de satélites helados como Ganímedes y Calisto, así como de planetas helados como Urano y Neptuno. El artículo correspondiente fue publicado en el último número de la revista Nature.
Fuente de la imagen: Red de organizaciones físicas
En términos generales, el agua tiene tres formas básicas: sólida, líquida y gaseosa. Pero, en realidad, el agua tiene muchas más formas, algunas de las cuales sólo aparecen bajo altas temperaturas y presiones y se denominan estados exóticos. Hace quince años, los científicos utilizaron simulaciones de dinámica molecular para predecir la existencia del "hielo plástico siete", y este estudio fue el primero en observar experimentalmente esta forma.
El estado plástico es un estado mixto que tiene propiedades tanto del estado sólido como del líquido. Dentro de Plastic Ice Seven, las moléculas de agua forman una red cúbica rígida, al igual que en Ice Seven (una forma de hielo cristalino cúbico que puede formarse a partir de agua líquida por encima de 3 GPa después de enfriarse a temperatura ambiente), pero al mismo tiempo exhiben un movimiento de rotación de picosegundos dentro del agua líquida. Esta forma peculiar aparece en un ambiente de alta temperatura de 177 ℃ -327 ℃ y un ambiente de presión de 0,1 GPa-6 GPa (1 GPa = mil millones de Pascal).
La tecnología de dispersión cuasi elástica de neutrones (QENS) desempeñó un papel clave en esta investigación. QENS puede detectar la dinámica de traslación y rotación de objetos con mayor precisión que otras tecnologías espectroscópicas. A través de QENS, el equipo identificó tres formas diferentes que adopta el agua cuando cambian la temperatura y la presión: agua líquida en la que las moléculas de agua se mueven tanto en traslación como en rotación; hielo sólido en el que tanto la traslación como la rotación están congeladas; y "siete de hielo de plástico" en el medio. Dentro de Plastic Ice Seven, las moléculas de agua dispuestas en una estructura cristalina ordenada pierden la capacidad de trasladarse libremente, pero conservan la capacidad de girar.
Un análisis más detallado mostró que la dinámica molecular de Plastic Ice 7 puede ser más compleja de lo que se había simulado originalmente, y que su mecanismo de rotación molecular difiere del comportamiento del rotor libre previamente predicho. Además, la transición del agua del "hielo siete" al "hielo plástico siete" es continua, lo que significa que el "hielo plástico siete" puede ser el "predecesor" de otro estado superiónico que existe a temperaturas y presiones más altas.