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Silvana TapiaJuan Carlos GilFrancis VillatoroHéctor SocasBorja Tosarpotencial específico y diagrama fases aguaintegración termodinámica para el aguadft estructuras a temperatura cerodiagrama de fases a temperaturas integradascálculo dft para diagrama de fasespotencial profundo y precisión experimentalfigura 6 comparativa experimentaldiagrama de fases y estabilidad hielo lhielo l nomenclatura poco acertadahielo celeste oportunidad perdidahielo l rodeado de hielo coca colaagua líquida bajo presión y temperaturapuntos triples en hielo lhielo l en el manto terrestrered autointerpenetrante de hielo lmoléculas de agua helicoidalesfigura 7 del estudio hielo lestructura rara del agua celda unidadhielo l y discrepancias diagramas fasesdiagrama de fases calculan experimentalJuan Carlos GilGastón Giribethielo Lfigura 7Héctor SocasCoca-Colahielo 1Hhielo 21AmundsenScotthielo 7HOHFrancis Fetenfigura 3Francis VillatoroFaselDFThielo 4hielo 5hielo 17hielo 0hielo 20figura 4figura 6JúpiterSaturno
Diagrama de fases y estabilidad hielo L
Con
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Juan Carlos Gil reflexiona sobre un resultado clave en un diagrama de fases, específicamente una región de estabilidad nombrada 'hielo L' por los autores.
…de forma abierta, claro, y son dos millones de parámetros de la red neuronal entre pesos y sesgos, pues ahí hay dos millones de numeritos, también publican el código, con lo cual, pues fenomenal, ciencia abierta para seguir acercándonos a la realidad natural. Con ese potencial y utilizando integración termodinámica calculan el diagrama de fases del agua. Aquí hay una sutil cosa pero no me quiero meter porque ya me estáis empezando a mirar raro. La diferencia en el DFT da las estructuras a temperatura cero. Si quieres hacer un diagrama de fases a temperaturas pues tienes que integrar, tienes que ir enchufando la temperatura. Bueno, el caso es que calculan con su potencial profundo, con una precisión, dicen, equivalente, siempre con comillas, pero oye, es que si no sería imposible, pues a la quedaría una DFT de cada punto de ese diagrama de fases. Y lo comparan con el experimental, que está en la figura 6. Las líneas grises son el experimento y las rojas este trabajo. Y es en este diagrama de fases donde aparece el otro resultado fundamental de este trabajo: una región de estabilidad, encuentran en la línea. En la figura está coloreado de cian, una región de estabilidad que los autores llaman hielo L, que jolín, qué oportunidad perdida para haberlo llamado hielo cian y haber seguido jugando, haciendo ese jueguecillo del hielo amarillo o hielo celeste. Mira, hielo celeste, bueno, como se dice eso, bueno, el hielo L y realmente, ahora que lo pienso, no sé a qué viene la L. Hielo del cielo, más que celeste, hielo del cielo hubiera quedado. Vamos, que había, bueno. El caso es que está rodeado, si veis la figura pues lo ves, está rodeado de 4, del 1H, el hielo de la Coca-Cola. El 2, el 5 y el mismo agua líquida por debajo, porque está a presiones, está a temperaturas decentes dando lugar, por tanto, si existe a cuatro nuevos puntos triples, ¿vale? Según los autores, bueno pues podría existir en el manto terrestre o en el interior de planetas y lunas heladas. El hielo L lo tienen ahí en la simulación; tienen las coordenadas, analizan su estructura y resulta ser endiablada. La llaman red autointerpenetrante, con dos tipos distintos de moléculas de agua: unas de ellas interconectadas en forma de cadenas helicoidales, mientras que otras moléculas unen estas hélices. Son las moléculas de color rojo y azul respectivamente en la figura 7. Además, si estuviese Gastón le gustaría; en la celda unidad hay hélices que giran en un sentido y otras que giran en el otro. A mí me dan tiempo infinito para inventarme una estructura rara del agua y no se me ocurre esta barbaridad. Bueno, la gran pregunta: ¿este hielo L es real o no? Hay que fijarse; a eso hacen los autores, en las discrepancias entre el diagrama de fases que calculan y es la experimental, que son visibles en la figura. Dicen los autores que la fuente principal de error de Su método es la selección del funcional para el término que se llama de intercambio o correlación de la teoría del funcional de la densidad. Bueno, un montón de palabras, pero es la clave del DFT; de hecho, a menudo nos llamamos a las distintas DFTs por qué…
Significado #1 · Palabras #1
Juan Carlos Gil explica la importancia crucial de la peculiaridad del hielo de no hundirse al congelarse, lo cual es esencial para la vida en la Tierra y permite la supervivencia de ecosistemas acuáticos durante los inviernos.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #14 · Palabras #7hielo no hundirse crucial vidacapa de hielo aislante térmicoecosistemas acuáticos inviernos durosdiagrama de fases agua presión atmosféricablog francis complicado diagrama fases…a presión atmosférica, digo, y luego disminuye un poquito a temperaturas más bajas, incluso cuando se congela el agua a 0 grados, de tal forma que el hielo es menos denso que el agua y por eso flota sobre ella, lo que podría ser una curiosidad sin más, pero No es así, es crucial para la vida. Si el hielo se hundiese, los lagos, los mares, al congelarse, pues lo harían de abajo hacia arriba y con toda probabilidad no estaríamos haciendo un podcast porque el planeta estaría muerto. En cambio, una pequeña capa de hielo cuando consigue formarse en la superficie de un lago actúa de aislante térmico y permite que el agua líquida por debajo, fresquita, pero hace que sobrevivan los ecosistemas acuáticos incluso en los inviernos más duros. Y decía, todo eso a presión atmosférica, porque cuando miramos al agua, toda esa complejidad a presión atmosférica, si la miramos a otras presiones, bueno, pues descubrimos que el agua tiene uno de los diagramas de fases más endiablado de cualquier sustancia pura. Estabas sintiendo Francis, vi que tienes una entrada en tu blog, me documenté para esto de noviembre de 2019 que llamaste Francis el complicado diagrama de fases del hielo de agua, y de eso. vamos a hablar. Para empezar, no existe un único agua líquida, sino que hay tres estados estructurales, digamos, llamados de baja densidad, de alta densidad y de muy alta densidad. No nos hemos complicado con esos nombres. Los dos primeros coexisten en…
Juan Carlos Gil continúa explicando la diversidad de estados del hielo, más allá del hielo común que se usa en bebidas, mencionando la existencia de 22 fases distintas con disposiciones moleculares específicas.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #4 · Palabras #14hielos amorfos de baja densidadespectroscopía en cometas y lunas heladashielo amorfo depositado por vapormoléculas de agua sobre polvo interestelarhielo cristalino y fases distintasfases del hielo condiciones presión temperaturahielo 1h fase hexagonal habitualhielo 1c variante cúbica metaestablehielo 21 descubierto hace dos mesesfases ordenadas y desordenadas en protoneshielo 5 con anillos de moléculas de aguaanillos hexagonales del hielo coca colared cristalina de oxígenos fases 17 y 20protones fluyen libremente en el hielo superiónicohielo 7 descubierto en febreromoléculas rotan libremente hielo 7estructura demencial del hielo lcristal sin estructura similar al hielo l…dan en la Tierra? El líquido, líquido. Dices: el punto, este está en condiciones normales. O sea, el agua que te bebes del vaso se teoriza que es una mezcla de esas dos fases. Es bastante flipante. Y mucha gente lo está persiguiendo, pero es muy, muy sutil. decía que puedes también congelar, enfriar mucho el agua sin cristalizar y dar lugar a hielos amorfos que, y a nadie le sorprende porque ya lo he dicho varias veces, los hay de baja, media, alta y muy alta densidad. Hay cuatro amorfos y se cree, bueno, se ve con espectroscopía razonablemente que aparecen en cometas y en las lunas heladas de Júpiter y Saturno y también hay una variante de este hielo amorfo de baja densidad que se llama hielo amorfo depositado por vapor que se cree que sería la forma de agua más abundante del universo porque se forma al hacerse deposición de moléculas de agua sobre los granos de polvo interestelar y ahí pues hay granos de polvo a mansalva. Y si nos metemos ya con el sólido, con el hielo cristalino, ¡boom! Aquí ya la diversidad explota. El hielo que ponemos en la Coca-Cola no es más que la punta del iceberg. ¡Ojo al chistaco! Que cuando se me ocurrió lo dejé, esto lo tengo que soltar. Ojo con la metáfora Conocemos, ojo al dato, 22 fases distintas del hielo, los dos partitos para que no se nos olvide Cada una con disposiciones moleculares específicas determinadas por las condiciones de presión y temperatura Desde el hielo 1H, que es la fase hexagonal habitual El 1C, que es una variante cúbica, de ahí la C, que es metaestable, y luego los hielos 2, 3, 4, así sucesivamente, se identifican con números romanos hasta llegar al hielo 21, que se ha descubierto hace menos de dos meses. Y luego hablaré de él, aunque no es el objetivo principal de lo que os quiero contar. Varios de estos hielos tienen, como decías antes Héctor, estructuras Rarísimas. Para empezar, hay muchas fases que vienen por parejas: una que se llaman ordenadas en protones y otras desordenadas en protones. Ahora no recuerdo números, pero es poner que el 5 y el 8 son la misma fase. Pero en una los hidrógenos están distribuidos de forma semi-aleatoria y en la otra están ordenados. Hay redes irregulares, como la del hielo 5, que es bastante particular, que tiene anillos de moléculas de agua de 4, 5, 6 y 8 moléculas. El hielo decente, el normalito, el de la Coca-Cola, tiene anillos hexagonales. Hay hielos superiónicos, las fases 17 y 20, en la que los oxígenos forman efectivamente una red cristalina. Pero los protones, volvemos a lo de antes, los cationes y hidrógeno fluyen libremente a través de esta red. de oxígeno, es como si fuese un metal, pero en vez de electrones son los protones los que fluyen Hay fases plásticas, el hielo 7, que se ha descubierto en febrero de este año, o sea, este mundo es una juarga, vamos El hielo 7, recién descubierto, es tal que las moléculas están en orden cristalino, pero rotan libremente alrededor de las posiciones cristalinas, como si fuese un líquido, pero sin traslación Y para acabar con esta juerga de los hielos, el hielo L, que descubren en el artículo que os voy a contar, hago un poquito también de spoiler, tiene una estructura absolutamente demencial que nunca se ha visto, pero no solo en los hielos, en ningún otro cristal hay nada parecido a esta estructura ¿Y quién es el responsable de esta orgía de estructuras? Pues la aparentemente mojigata molécula de agua, HOH, que no Es lineal, ¿vale? Los dos hidrógenos respecto del oxígeno forman un angulito de unos 104 grados y medio. Y como además los elementos oxígeno-hidrógeno tienen bastante distinta electronegatividad, pues este angulito da lugar a un momento dipolar muy fuerte y a…
Juan Carlos Gil explica que las simulaciones por ordenador son una herramienta clave para estudiar el diagrama de fases del agua, comparándolas con las exploraciones polares de Amundsen y Scott.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #16 · Palabras #4simulaciones ordenador diagrama fases aguaexploraciones polares amundsen y scottmateria condensada simulacion por ordenador…se emplean celdas de yunque de diamante. Tanto en su versión estática como una razonablemente reciente, es una celda dinámica que es capaz de comprimir a lo bestia lo que le pongas ahí en microsegundos y está muy bien para estudiar cinéticas rápidas. Pero La herramienta que nos permite convertirnos en los Amundsen y Scott, exploradores del hielo, del hielo en particular y el diagrama de fases del agua en general, bueno pues es la simulación, la simulación por ordenador, que os quiero contar muy rápidamente cómo va esto de la simulación de materia condensada. La idea central es que si conocemos cómo interactúan las moléculas entre sí, podemos hacer que un ordenador pues imite su comportamiento. En la práctica esto requiere definir un potencial de interacción, una función que asigna una energía potencial a cada…
Juan Carlos Gil describe un proceso de filtrado y poda de estructuras de hielo generadas previamente, utilizando un mapa de energía-densidad para identificar las más estables.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #15mapa energíadensidad figura 3envolvente convexa estructuras hielodiferencia energía corte 18 mevestructuras prometedoras poda filtrado…configuraciones lo más estables posibles. Y al final de esta etapa se hace una pequeña optimización geométrica para garantizar que cada estructura llega a eso, a un mínimo de energía al menos local. La tercera etapa, más allá de la derecha, se llama. Filtración o filtrado de estructuras, que es donde empieza la poda. Aquí nos llegan un montón de estructuras, nos queremos quedar con las prometedoras. Lo que se hace es que se coloca cada una de estas estructuras que llegan en un mapa de energía-densidad, como el de la figura 3, que también quiero comentar luego rápidamente, y se calcula con todas las estructuras la envolvente convexa, la zona donde las estructuras son más estables y solo se conservan; las otras se desechan, las que están en esa frontera o ligeramente por encima. Utilizan una diferencia de energía de corte de 18 mili -electrónvoltios por molécula de agua. Aquí hablamos de milielectrónvoltios, Héctor; no pongas esa cara, no de giga ni teraelectrónvoltios como habláis. A ver, de física de altas energías. Vale, luego también miran estructuras posiblemente duplicadas y desechan una de ellas, mediante lo que llaman…
Juan Carlos Gil describe la visualización de los resultados obtenidos en la generación de estructuras de hielo, mostrando un mapa de energía-densidad donde cada punto representa una estructura y explicando el significado de las líneas Cian y naranja.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #6mapa energía-densidad estructuras hielolínea cian envolvente convexaumbral filtrado línea punteada naranjafases del hielo conocidas métodohielos desafiantes como el 4 y 5esquivo hielo 17 metastableestructuras predichas simulaciones autoreshielo i latina minúscula no identificado…mediante nuevas simulaciones por dinámica molecular con potencial porcentaje. No sé si habéis, bueno, montón de palabras; a mí es una belleza que me sublime ya lo que hacen aquí, cosa que yo desconocía; yo me salí de esto hace ya algunas décadas y he flipado. Resultados exploran 131.481 estructuras, más de 130.000. La figura 3 es el mapa de energía-densidad, energía-densidad que os comentaba antes y han puesto todos los puntitos de todas las estructuras; cada puntito azul clarito es una estructura. La línea Cian por debajo es la envolvente convexa de la que os hablaba y 18.000 eV por arriba, la línea punteada naranja, es el umbral de filtrado. Entre ambas líneas están las estructuras que diría Francis Feten, que incluyen, ojo, todas las fases del hielo conocidas a este rango de presiones y temperaturas que el método, sorprendentemente para mí, ha redescubierto sin ningún problema. Incluidas destacan los autores, los desafiantes hielos 4 y 5, que son puñeteros, y el esquivo hielo 17, que es metastable. Todas las estructuras del hielo las recaza el método este. También encuentran varias estructuras que han sido predichas por simulaciones de otros autores como los hielos i latina minúscula, hielo 0, hielo Q mayúscula y hielo c minúscula. Alucinas con los nombres, que no se han identificado todavía experimentalmente. Pero bueno, tanto redescubriendo los hielos naturales como los todavía no descubiertos en la naturaleza, pues les da una enorme confianza que su método está funcionando fenomenal. Vale, pues además de todos los reportados previamente, encuentran 34 hielos nuevos dentro…
Juan Carlos Gil comenta sobre la posibilidad de encontrar el famoso 'hielo amarillo' en algún lugar del universo, explicando el origen humorístico de su nombre.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #8hielo amarillo fase experimental 2019diagramas de fasel coloreados en amarilloautores colorearon papers zona desconocidaanálisis componentes principales red oxígenosestructuras de hielo y análisis de componentes principalesfigura 4 forma de cocodrilo…que su método está funcionando fenomenal. Vale, pues además de todos los reportados previamente, encuentran 34 hielos nuevos dentro de este umbral de energías posibles que, dicen ellos, tienen una alta probabilidad de que puedan sintetizarse o existan En algún sitio del universo, alguno de ellos aventuran, podría ser el famoso, famoso para los que estamos un poco ahí, el hielo amarillo, una fase que se determinó experimentalmente en 2019, pero que aún no se ha caracterizado. Se llama hielo amarillo, me parece muy gracioso, no porque sea de color amarillo, sino porque los autores colorearon en los papers las zonas en los diagramas de Fasel y otras figuras de color amarillo; esa zona que no sabéis muy bien qué es, así que en el mundillo se ha quedado con el nombre de hielo amarillo. Vale. pues tenemos estas 34 hielos nuevos y 130.000 estructuras que podemos mirar Así que lo que hacen es escudriñarlas con toda intensidad mediante un análisis de componentes principales de la red de oxígenos Descubren eso, los componentes principales, las dos cosas más relevantes para caracterizar esas estructuras y el resultado es la figura 4, que ojo, según ellos tienen una intrigante, utilicen esta palabra, una intrigante forma de cocodrilo no sé si, bueno, no quiero poner la figura, siempre Me recuerda Héctor que esto es un podcast; yo no veo cocodrilo por ningún lado. Según ellos, el cocodrilo en la figura 4 tiene la cabeza en la parte baja izquierda y la cola arriba en el centro, que bueno, para mí es un poco pareidolia, pero por lo menos…
Juan Carlos Gil reflexiona sobre un resultado clave en un diagrama de fases, específicamente una región de estabilidad nombrada 'hielo L' por los autores.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #1 · Palabras #1potencial específico y diagrama fases aguaintegración termodinámica para el aguadft estructuras a temperatura cerodiagrama de fases a temperaturas integradascálculo dft para diagrama de fasespotencial profundo y precisión experimentalfigura 6 comparativa experimentaldiagrama de fases y estabilidad hielo lhielo l nomenclatura poco acertadahielo celeste oportunidad perdidahielo l rodeado de hielo coca colaagua líquida bajo presión y temperaturapuntos triples en hielo lhielo l en el manto terrestrered autointerpenetrante de hielo lmoléculas de agua helicoidalesfigura 7 del estudio hielo lestructura rara del agua celda unidadhielo l y discrepancias diagramas fasesdiagrama de fases calculan experimental…de forma abierta, claro, y son dos millones de parámetros de la red neuronal entre pesos y sesgos, pues ahí hay dos millones de numeritos, también publican el código, con lo cual, pues fenomenal, ciencia abierta para seguir acercándonos a la realidad natural. Con ese potencial y utilizando integración termodinámica calculan el diagrama de fases del agua. Aquí hay una sutil cosa pero no me quiero meter porque ya me estáis empezando a mirar raro. La diferencia en el DFT da las estructuras a temperatura cero. Si quieres hacer un diagrama de fases a temperaturas pues tienes que integrar, tienes que ir enchufando la temperatura. Bueno, el caso es que calculan con su potencial profundo, con una precisión, dicen, equivalente, siempre con comillas, pero oye, es que si no sería imposible, pues a la quedaría una DFT de cada punto de ese diagrama de fases. Y lo comparan con el experimental, que está en la figura 6. Las líneas grises son el experimento y las rojas este trabajo. Y es en este diagrama de fases donde aparece el otro resultado fundamental de este trabajo: una región de estabilidad, encuentran en la línea. En la figura está coloreado de cian, una región de estabilidad que los autores llaman hielo L, que jolín, qué oportunidad perdida para haberlo llamado hielo cian y haber seguido jugando, haciendo ese jueguecillo del hielo amarillo o hielo celeste. Mira, hielo celeste, bueno, como se dice eso, bueno, el hielo L y realmente, ahora que lo pienso, no sé a qué viene la L. Hielo del cielo, más que celeste, hielo del cielo hubiera quedado. Vamos, que había, bueno. El caso es que está rodeado, si veis la figura pues lo ves, está rodeado de 4, del 1H, el hielo de la Coca-Cola. El 2, el 5 y el mismo agua líquida por debajo, porque está a presiones, está a temperaturas decentes dando lugar, por tanto, si existe a cuatro nuevos puntos triples, ¿vale? Según los autores, bueno pues podría existir en el manto terrestre o en el interior de planetas y lunas heladas. El hielo L lo tienen ahí en la simulación; tienen las coordenadas, analizan su estructura y resulta ser endiablada. La llaman red autointerpenetrante, con dos tipos distintos de moléculas de agua: unas de ellas interconectadas en forma de cadenas helicoidales, mientras que otras moléculas unen estas hélices. Son las moléculas de color rojo y azul respectivamente en la figura 7. Además, si estuviese Gastón le gustaría; en la celda unidad hay hélices que giran en un sentido y otras que giran en el otro. A mí me dan tiempo infinito para inventarme una estructura rara del agua y no se me ocurre esta barbaridad. Bueno, la gran pregunta: ¿este hielo L es real o no? Hay que fijarse; a eso hacen los autores, en las discrepancias entre el diagrama de fases que calculan y es la experimental, que son visibles en la figura. Dicen los autores que la fuente principal de error de Su método es la selección del funcional para el término que se llama de intercambio o correlación de la teoría del funcional de la densidad. Bueno, un montón de palabras, pero es la clave del DFT; de hecho, a menudo nos llamamos a las distintas DFTs por qué…
Juan Carlos Gil resume los resultados de un estudio sobre el diagrama de fases del agua y la posible existencia de una nueva forma estable de hielo llamada 'hielo L'.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #3 · Palabras #2hielo l como polimorfo establediagrama de fases del aguafuncionales alrededor del hielo l…que se llama SCAN, pero al menos hay otros dos. Así que han cogido esos otros dos funcionales y han recalculado la envolvente convexa de la que hablábamos antes con esos dos funcionales a ver si salen cosas muy distintas, con lo cual perderíamos confianza. Y bueno, hay discrepancias entre los tres, pero argumentan que precisamente en la zona alrededor de su hielo L, bueno pues los tres funcionales dan cosas bastante parecidas, así que su diagnóstico es que el hielo L es un candidato prometedor a un nuevo polimorfo estable del hielo. Voy concluyendo. ¿Por qué creo yo que es importante lo que cuenta este artículo? Primero, por el fantástico resultado metodológico: han puesto a punto un método de exploración de estructuras de materia condensada que combina un algoritmo evolutivo para generar estructuras,…
Juan Carlos Gil comenta sobre la identificación de nuevos polimorfos del hielo, destacando el potencial del 'hielo L' para su caracterización en laboratorios.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #8 · Palabras #9hielo l accesible en laboratoriospolimorfos del hielo planetatemperaturas decentes humanas hielo l…hielos mezclados de agua, de metano, de amoníaco, estos bichitos que nos aparecen por aquí, así que tiene realmente mucho potencial, incluso en astrobiología, diría yo, viniéndome arriba. Identifican 34 polimorfos del hielo completamente nuevos, así que los Grupos experimentales del ámbito del hielo del planeta estarán tratando de caracterizarlos. Uno de ellos, al que llaman hielo L, es especialmente prometedor para su identificación; aparece entre menos y más 20 grados a temperaturas muy decentes humanas y pocas miles de atmósferas de presión, perfectamente accesibles a cualquier laboratorio. Y por último, y esto me pasa a menudo, por Eso elijo los artículos, pues una cuestión personal. El modelo TIP 4P 2005, os he dicho que es el campeón entre los modelos clásicos del agua, el estándar de oro, incluso a día de hoy, o al menos hasta ayer, hasta que se hizo este trabajo, era de Abascal y…
Héctor Socas plantea una exigencia a los investigadores del campo del descubrimiento de fases de hielos, comparando la situación con el descubrimiento de exoplanetas.
Habla: Héctor SocasPalabras #5descubrimiento fases de hielosexoplanetas más de 5000hielo l y hielo aquídescubrimiento fases de hieloanalogía con exoplanetascomunidad científica y fases de hielo…2000 ya se usan redes neuronales para hacer cálculos y para hacer herramientas que se utilizan en investigación científica. Así que hace tiempo que ayuda y supongo que cada vez más con esta revolución que está habiendo, estamos viendo que cada vez hay más. Así que yo me pregunto, Juan Carlos: yo voy a exigir que en este campo ahora, que parece que se pone de moda y ahora van a empezar a descubrir fases de hielos como los que descubren exoplanetas, que ya van por más de 5.000; cuando alguien encuentre alguno, en vez de decir eureka, tiene que decir: estábamos buscando el hielo L y hielo aquí. Así es como hay que presentarlo a la comunidad: el hielo aquí. Me quedaría con hielo aquí. He rebuscado, ¿eh? Héctor me tenía que ir en breve también, por si hay alguna pregunta sobre el agua y el hielo que hayas identificado. Había un par de ellas de tomas. Una de ellas es, ¿el hielo 7 podría dar origen a solitones en…