Hielo VII

Estructura de un cristal de hielo VII.

El hielo VII es un tipo de hielo con unas características, tanto de generación como de solidez, muy diferentes al hielo normal. En el hielo a nivel de la superficie terrestre las moléculas se acomodan en una forma ordenada. Sin embargo, dependiendo de las condiciones de presión y temperatura, adoptan diferentes formas.

A principios de 1900 Gustav Tammann y posteriormente en 1912 Percy Williams Bridgman hicieron experimentos sobre el hielo aplicándole diferentes presiones y temperaturas, y obtuvieron hielos diferentes, con mayores densidades a la normal. Este efecto no es muy marcado para los aumentos ordinarios de presión. Por ejemplo, a una presión 100 veces la presión atmosférica normal, el punto de fusión del hielo es sólo 1 °C menor que a una presión normal. A presiones más altas, sin embargo, se forman varias modificaciones alotrópicas o alótropos (diferentes formas de un elemento existentes en el mismo estado físico) del hielo. Estas formas se designan como Hielo II, Hielo III, Hielo V, Hielo VI y Hielo VII. También, a veces, se utiliza la perífrasis agua metálica, aunque de modo más coloquial.[1]​[2]​

El hielo ordinario es el Hielo I. Esos alótropos son más densos que el agua y sus puntos de fusión aumentan al aumentar la presión. A unas 6.000 atmósferas, el punto de fusión vuelve a ser de 0 °C, y a una presión de 20.000 atmósferas, el punto de fusión se eleva por encima de los 80 °C.

Características

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En forma natural, en la Tierra dadas sus condiciones de presión y temperatura, solamente puede existir en la superficie un tipo de hielo (hielo I).[3]​

Sin embargo, fuera de la Tierra, en otros planetas o en satélites en los que las condiciones de presión y de temperatura son diferentes, el hielo puede adoptar otras estructuras más compactas, caso del hielo VII (alta temperatura, alta presión, cúbico sencilla, densidad aprox. 1,7)[4]​ que pueden formar el núcleo del planeta. A la de 20.000 kg por cm² (millón y medio de veces la presión atmosférica corriente), el hielo VII puede existir a más de 100 °C, que es el punto de ebullición del agua en condiciones de la superficie terrestre. Esas formas del hielo a alta presión son más densas que el agua líquida.[5]​

Se ha logrado establecer con bastante precisión la curva de fusión a presiones sumamente altas (de 350.000 a 450.000 atmósferas de presión), que es similar a las presiones reinantes en el interior de Neptuno y Urano.

A presiones más altas, el comienzo de la disociación de las moléculas y la difusión de los protones bajo presión se manifiesta de manera gradual.[6]​ Bajo presiones de este orden, el agua se transforma en hielo VII, una fase del agua descubierta en la década de 1930 por Percy Williams Bridgman, galardonado con el Premio Nobel.[7]​ El agua comprimida parece solidificarse en hielo en unos nanosegundos.

En definitiva, el hielo VII tiene: alta temperatura, alta presión, cristalización cúbica sencilla, densidad aproximadamente 1.700 kg/m3. Se funde a 100 °C con una presión de 25.000 atm.[8]​

Así pues, la congelación ultra-rápida del agua líquida a presiones extremas es un fenómeno conocido. Un artículo del año 2004 realizado por D.H. Dolan y Y.M. Gupta y publicado en la revista Journal of Chemical Physics,[9]​ describe como se consigue hielo VII al comprimir agua líquida en el rango de 1-5 GPa. Dicha congelación se produce en el orden de nanosegundos gracias a la acción de partículas de sílice que actúan como aglutinantes, y en cuya ausencia no se produce solidificación. Lo que se ha conseguido en el nuevo experimento, realizado también por D.H. Dolan y colaboradores, es encontrar un límite superior a la presión que el líquido puede soportar sin congelarse, aun en la ausencia de partículas aglutinadoras. Los resultados se describen en un artículo publicado en Nature Physics.[10]​

Tal como describen estos autores, a partir de 7 GPa el agua no puede seguir en estado líquido, y se solidifica en cuestión de nanosegundos

Impresión artística del planeta GJ 1214 b, con posibles océanos profundos.

Ocurrencia natural

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Los científicos plantean la hipótesis de que el hielo VII puede estar presente en el lecho oceánico de la luna Europa así como en algunos planetas extrasolares (como Gliese 436 b, y GJ 1214 b) que están compuestos principalmente de agua.[11]​[12]​ En 2018, el hielo VII fue identificado entre las inclusiones encontradas en diamantes naturales. Debido a esta demostración de que el hielo VII existe en la naturaleza, la Asociación Mineralógica Internacional clasificó al hielo VII como un mineral distinto.[13]​ El hielo VII probablemente se formó cuando el agua atrapada dentro de los diamantes retuvo la alta presión del manto terrestre debido a la resistencia y rigidez de la estructura del diamante, pero se enfrió a temperaturas de la superficie, produciendo el ambiente requerido de alta presión sin alta temperatura.[14]​

Véase también

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Referencias

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  1. ↑ Inside Science Research-Physics News Update. Nº 790. 30 de agosto de 2006: Phil Schewe y Ben Stein :“Metallic Water”. Consultado: 7-05-2.011
  2. ↑ Physical Review Letters 97. 7 julio 2006: Thomas R. Mattsson and Michael P. Desjarlais: “Phase Diagram and Electrical Conductivity of High Energy-Density Water from Density Functional Theory” Consultado: 7-05-2.011
  3. ↑ Amancay Martínez (2010): “Hielo” pág. 4 Consultado: 7-05-2.011
  4. ↑ El hielo como agua sólida. Marzo 2006. Consultado: 6-05-2.011
  5. ↑ Isaac Asimov. El electrón es zurdo y otros ensayos científicos. Alianza Editorial, páginas: 145-157 (enlace roto disponible en Internet Archive; véase el historial, la primera versión y la última). Consultado: 7-05-2.011
  6. ↑ Solo Ciencia. “Hielo exótico a gran profundidad”. Consultado: 6-05-2.011
  7. ↑ Página Premio Nobel de Física 1.946 Consultado: 7-05-2.011
  8. ↑ #Castellan, Gilbert W. (1998). Fisicoquímica. Addison Wesley Iberoamericana. México. p. 285. ISBN 9684443161. 
  9. ↑ Nanosecond freezing of water under multiple shock wave compression: Optical transmission and imaging measurements Consultado: 7-05-2.011
  10. ↑ A metastable limit for compressed liquid water Consultado: 7-05-2.011
  11. ↑ Universidad de Liège (16 de mayo de 2007). Astronomers Detect Shadow Of Water World In Front Of Nearby Star. ScienceDaily. Retrieved 3 de enero de 2010, desde «Archived copy». Archivado desde el original el 21 de agosto de 2017. Consultado el 22 de abril de 2018. 
  12. ↑ David A. Aguilar (16 de diciembre de 2009). «Astronomers Find Super-Earth Using Amateur, Off-the-Shelf Technology». Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. Archivado desde el original el 13 de abril de 2012. Consultado el 23 de enero de 2010. 
  13. ↑ Sid Perkins (8 de marzo de 2018). «Pockets of water may lay deep below Earth’s surface». Science. Archivado desde el original el 8 de marzo de 2018. Consultado el 8 de marzo de 2018. 
  14. ↑ Netburn, Deborah. «What scientists found trapped in a diamond: a type of ice not known on Earth». latimes.com. Archivado desde el original el 12 de marzo de 2018. Consultado el 12 de marzo de 2018.