L’acqua super-raffreddata può esistere in due diverse forme liquide

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L’acqua a basse temperature esiste in due diverse forme liquide: una con bassa densità molecolare a basse pressioni, e una con alta densità molecolare ad alte pressioni: a renderlo noto uno studio pubblicato sulla rivista Science, condotto dal Professor Nicolas Giovambattista, ricercatore presso il Dipartimento di Fisica al Brooklyn College and the Graduate Center dell’Università di New York. Per questi due liquidi la differenza di densità è pari al 20%, e anche le proprietà sono notevolmente differenti.

I risultati dello studio implicano che in determinate condizioni, l’acqua esisterebbe sotto forma di due liquidi immiscibili separati da uno strato sottile, simile a quando in un bicchiere mettiamo acqua e olio.

Simulazioni teoriche hanno fatto emergere come l’acqua super raffreddata, subisca una transizione tra forme ad alta e bassa densità molecolare, ma questa stessa transizione è difficile da osservare o sottoporre a esperimenti, perchè avviene in condizioni in cui la cristallizzazione del ghiaccio è molto rapida.

“La possibilità che l’acqua potesse esistere in due diverse forme liquide venne proposta circa 30 anni fa, e si basava su risultati ottenuti da simulazioni fatte al computer”, ha rivelato il Professor Giovambattista, che ha aggiunto: “Questa ipotesi è stata al centro di una delle più importanti questioni in materia di chimica e fisica dell’acqua, con uno scenario controverso sin dall’inizio”.

A rendere ancora più impegnativi gli esperimenti relativi alle due forme liquide nell’acqua, è stata la formazione del ghiaccio, cosa questa apparentemente inevitabile, alle condizioni in cui si dovrebbero avere invece i due liquidi. Il Professor Giovambattista e i suoi colleghi hanno messo insieme laser RX, per una rapida determinazione della struttura, con impulsi a infrarossi, per un riscaldamento rapido di strati di ghiaccio amorfo formatisi a circa 200 Kelvin.

Il processo di riscaldamento ha dato vita ad acqua liquida ad alta densità molecolare a pressioni aumentate. Man mano che lo strato si è espanso e decompresso, il liquido a bassa densità molecolare è comparso ed è cresciuto in un tempo tra i 20 nanosecondi e i 3 microsecondi.

Le dinamiche di questi processi favoriscono una transizione liquido-liquido in una massa di acqua superraffreddata, o sopraffusa.

“Rimane una domanda aperta su come la presenza di due liquidi possa condizionare il comportamento di soluzioni acquose in generale, e in particolare, come i due liquidi possano condizionare le biomolecole in ambienti acquosi”, ha detto il Professor Giovambattista, che ha sottolineato come studi come questo diano la giusta motivazione e spinta per ulteriori ricerche ed esperimenti, per scoprire eventuali possibili, future applicazioni dei risultati.

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