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Silvana TapiaJuan Carlos GilFrancis VillatoroHéctor SocasBorja Tosarpolimorfos del hielo bajo presiónfases nuevas del agua a bajas presionesexploración exhaustiva polimorfos hielopresiones medias hasta cien mil atmósferasYu, Yao Chen YuHai Yan YuLaboratorio Estatal de Procesado por SolidificaciónUniversidad Politécnica del NoroesteChinaJuan Carlos GilTierraFrancis Villatorohielo LCoca-ColaDFTAmundsenScottH2Oplaneta TierraHéctor Socas
Fases nuevas del Agua a bajas presiones
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Juan Carlos Gil plantea las preguntas científicas que guían el artículo sobre estructuras de polimorfos del hielo bajo presión, explorando el paisaje completo de estos polimorfos a bajas y medias presiones.
…Lei, Xiang Yan Yu, Yao Chen Yu y Hai Yan Yu. No consigo nunca traer autores que pueda pronunciar, amigos. En fin, todos del Laboratorio Estatal de Procesado por Solidificación de la Universidad Politécnica del Noroeste, en Xi'an, China, como era de esperar. Vale, pues la pregunta científica que estos autores se plantean es: ¿Cómo es realmente el paisaje completo de los polimorfos del hielo a bajas y medias presiones? ¿Y qué fases nuevas del hielo, del agua, podrían esconderse ahí? Y lo que hacen es una exploración exhaustiva de los polimorfos del hielo desde una hasta cien mil atmósferas. Ojo, que a esto lo llaman ellos presiones medias, o sea que hay todavía campo hacia arriba de la presión. Vale, pues para ello los autores ponen a punto un método de predicción de estructuras cristalinas que está descrito en la figura 1 del artículo y que es su principal aportación metodológica, y que os tengo que contar rápidamente: primero para que os fascinéis…
Significado #1 · Palabras #1
Juan Carlos Gil introduce un nuevo tema sobre los diferentes estados estructurales del agua, mencionando la existencia de agua líquida de baja, alta y muy alta densidad.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #5 · Palabras #2agua abundante en el universoescasez de agua y distribución terrestreplaneta agua versus planeta tierrapresión atmosférica del agua terrestreagua en estado gaseoso y sólidodisolvente universal biología terrestremolécula de agua h2osingularidad del agua terrestredensidad del agua a 4 grados centígradoshielo menos denso que aguacongelación del agua a 0 gradoshielo no hundirse crucial vidacapa de hielo aislante térmicoecosistemas acuáticos inviernos durosdiagrama de fases agua presión atmosféricablog francis complicado diagrama fasesagua líquida baja densidadpresiones altas en planetas heladossimulaciones de fases del agualíquido de baja densidadlíquido de alta densidadtransición de fase y discontinuidad bruscaagua estados líquidos líquidopresiones en la tierra maresmezcla de fases agua bebida…que es el agua la tercera molécula más abundante del universo, tras el hidrógeno molecular y el monóxido de carbono. El agua aparece en cometas, en nubes interestelares, en atmósferas exoplanetarias; las hemos visto ya, vamos, que está por todos los lados. En torno a los cometas, que luego hablaremos bastante de eso, hablando de hielo y de agua Es omnipresente El agua es de lo más abundante que hay en el universo, a veces la gente se queja El problema de la escasez de agua en nuestro mundo es falta de tener las cosas, saber repartir las cosas y distribuirlas y llevar las cosas donde se necesita Porque el cosmos está, vamos, de lo más abundante que hay es agua Bueno, y en la Tierra, en forma líquida, ya sabes que cubre las tres cuartas partes del planeta, que quizá deberíamos haberle llamado planeta agua, en vez de planeta Tierra, pero es que además aparece de forma natural a presión atmosférica, También en forma gaseosa y sólida en nuestro planeta, en la superficie, lo que es realmente excepcional; eso no ocurre con ninguna otra sustancia y además, no se nos escapa, es el disolvente universal de la biología terrestre. Todos los organismos que conocemos dependen del agua. Su molécula es realmente simple: H2O, hidrógeno, oxígeno, hidrógeno. Y sin embargo, el agua se comporta de una forma muy, muy sorprendentemente compleja a veces. Para empezar, sonora a muchos, el agua al enfriarse no se hace más densa todo el rato como la gran mayoría de las sustancias en el camino hacia la congelación, sino que presenta un máximo de densidad a 4 grados centígrados 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 condiciones normales, lo que yo llamo condiciones amables, mientras que el tercero aparece a presiones muy altas que podrían darse en el interior de los planetas helados. Más aún, tanto las simulaciones como la teoría apuntan a que el agua podría tener dos fases líquidas, verdaderas. No tres estados, sino verdaderas fases. ¿Qué diferencia hay entre lo ¿Que llamas estados y lo que llamas fases? En una transición de fase hay una discontinuidad brusca de determinadas propiedades y en esto de los estados no es así, pero es más interesante esto de efectivamente que hay o debería haber, no se han detectado inequívocamente de forma experimental, lo que llaman líquido de baja densidad y líquido de alta densidad, que estarían por tanto separados por un punto crítico líquido-líquido. Que mola mucho los puntos críticos son de las tres fases, pues este sería un líquido-líquido. Y seguimos con el lío del agua. El agua puede... Perdona que te interrumpa, es que esto me parece muy fascinante. ¿Puede ocurrir, por ejemplo, en los mares o tiene que ser a presiones que no se 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…
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 GilPalabras #16simulaciones 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 plantea las preguntas científicas que guían el artículo sobre estructuras de polimorfos del hielo bajo presión, explorando el paisaje completo de estos polimorfos a bajas y medias presiones.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #1 · Palabras #1polimorfos del hielo bajo presiónfases nuevas del agua a bajas presionesexploración exhaustiva polimorfos hielopresiones medias hasta cien mil atmósferas…Lei, Xiang Yan Yu, Yao Chen Yu y Hai Yan Yu. No consigo nunca traer autores que pueda pronunciar, amigos. En fin, todos del Laboratorio Estatal de Procesado por Solidificación de la Universidad Politécnica del Noroeste, en Xi'an, China, como era de esperar. Vale, pues la pregunta científica que estos autores se plantean es: ¿Cómo es realmente el paisaje completo de los polimorfos del hielo a bajas y medias presiones? ¿Y qué fases nuevas del hielo, del agua, podrían esconderse ahí? Y lo que hacen es una exploración exhaustiva de los polimorfos del hielo desde una hasta cien mil atmósferas. Ojo, que a esto lo llaman ellos presiones medias, o sea que hay todavía campo hacia arriba de la presión. Vale, pues para ello los autores ponen a punto un método de predicción de estructuras cristalinas que está descrito en la figura 1 del artículo y que es su principal aportación metodológica, y que os tengo que contar rápidamente: primero para que os fascinéis…
Juan Carlos Gil explica cómo se utiliza un potencial específico para calcular el diagrama de fases del agua, mencionando una técnica de integración termodinámica y advirtiendo sobre una complejidad que prefiere no explicar debido a las reacciones del público.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #11 · Palabras #18potencial específico y diagrama fases aguaintegración termodinámica para el aguadft estructuras a temperatura cerodiagrama de fases a temperaturas integradas…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…
Juan Carlos Gil describe la ubicación del hielo L en una figura, señalando que está rodeado de diferentes tipos de hielo y agua líquida debido a las presiones y temperaturas existentes.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #6 · Palabras #8hielo l rodeado de hielo coca colaagua líquida bajo presión y temperaturapuntos triples en hielo l…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…
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 GilPalabras #11hielo 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 los resultados obtenidos al aplicar un método específico al estudio del agua a bajas y medias presiones.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #4 · Palabras #4agua a bajas y medias presioneshielos reales y potenciales profundosprecisión cuántica en el cálculo estructural…de densidad y una función de huella dactilar, un proceso de aprendizaje automático para reentrenar la red neuronal profunda, todo ello salpimentado con cálculos de la teoría del funcional de la densidad. En fin, no sé si alguien da más, pero es apabullante. Segundo resultado, al aplicar este método al agua, a bajas y medias presiones, han redescubierto todo lo que había por redescubrir. Los hielos reales, los sospechosos, propuestos anteriormente, lo que demuestra que el potencial profundo, hombre, describe la naturaleza de forma razonable. Ellos dicen siempre precisión cuántica. Bueno, el término podría ser discutible, pero realmente es una forma de calcular estas estructuras y sus energías muy próxima. A un DFT completo. Obviamente nadie ha podido hacer esto en toda la profundidad de presiones y temperaturas porque no había forma de hacerlo rápido. Por lo tanto, este método, en palabras de los autores y en mi opinión, abre una nueva etapa en el estudio del…