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Silvana TapiaJuan Carlos GilFrancis VillatoroHéctor SocasBorja Tosarhielo l como polimorfo establediagrama de fases del aguafuncionales alrededor del hielo lhielo LJuan Carlos GilYu, Yao Chen YuHai Yan YuLaboratorio Estatal de Procesado por SolidificaciónUniversidad Politécnica del NoroesteChinahielo 7HOHThe InnovationCell PressSilvanahielo 21hielo 22JúpiterSaturnofigura 7Héctor SocasCoca-Colahielo 1Hhielo 5hielo 17hielo 20Gastón GiribetOPSPEXDFTfigura 1figura 3hielo 4hielo 0Francis Fetenhielo Q mayúsculahielo I latina minúscula
Hielo L como polimorfo estable
Con
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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'.
…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,…
Significado #1 · Palabras #1
Juan Carlos Gil continúa describiendo las diversas fases del hielo, mencionando el hielo 7 recién descubierto y anticipando una estructura inusual en el hielo L.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #4 · Palabras #7hielos 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 introduce un artículo sobre la exploración de estructuras de polimorfos del hielo bajo presión, destacando su publicación en una revista joven llamada The Innovation.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #5 · Palabras #5exploración polimorfos hielo presiónrevista the innovation cell pressciencia ingeniería y tecnología transversal…refinado varias veces desde entonces, bueno, hasta llegar al potencial para el agua llamado DP-SCAN de 2023 que reproduce de forma muy muy fiel todas las propiedades del agua líquida en un rango amplio de condiciones. Pero, ¿qué pasa con nuestros 22 patitos? ¿Qué pasa con los hielos? ¿Quién nos permite explorar ese vasto paisaje de enlaces de hidrógeno retorcidos bajo presión? Pues es aquí, es este en el contexto en el que aparece el artículo titulado Exploración de las estructuras de los polimorfos del hielo mediante potencial porofundo. Publicado en abierto el 16 de marzo; han pasado unos meses, en una revista que se llama The Innovation, que bueno, es de primer cuartil, es una revista muy joven, yo no la conocía, fue lanzada en 2020, es publicada por Cell Press, la de la revista Cell, que a todos esos así nos sonará, y está orientada a investigación de frontera entre ciencia, ingeniería y tecnología. Es bastante transversal. Los autores de ese trabajo son Yue Feng 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,…
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 #3 · Palabras #3polimorfos 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 describe un ciclo iterativo utilizado para generar estructuras de hielo posibles, comenzando con un algoritmo evolutivo llamado OPSPEX.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #15 · Palabras #17algoritmo evolutivo opspexestructuras de hielo posiblesfitness según energía calculadapotencial neuronal profundo más rápido…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 al menos una fracción de lo que lo he hecho yo y para que podáis entender. Lo que luego os cuento: Es un ciclo que en la figura va en el sentido de las agujas del reloj. Empieza arriba a la izquierda, en una caja que pone generación de estructuras, donde se usa un algoritmo evolutivo llamado OPSPEX para generar muchísimas estructuras de hielo posibles. Al principio del todo, completamente al azar, y luego, a lo largo de cuando se realimenta el ciclo, pues van combinando y mutando las mejores estructuras que se van encontrando, evaluando su aptitud, su fitness, que en este caso es cuán estables parecen según su energía calculada. En la primera iteración esto se calcula con un DFT completo, pero en iteraciones sucesivas ya se va utilizando el potencial neuronal profundo, lo cuento luego, pues que es muchísimo, muchísimo más rápido. El segundo paso a la derecha de este en la figura. Se llama evolución de estructuras. Estas estructuras crudas que ha generado la etapa anterior pasan por una dinámica molecular con este potencial profundo, de tal forma que las estructuras se relajan, los enlaces de hidrógeno se reorganizan, se escapan de…
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 #18 · Palabras #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 cómo el método ha redescubierto fases conocidas de hielo, incluyendo hielos desafiantes como el 4, 5 y 17, así como estructuras predichas por otros autores.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #16 · Palabras #19hielos desafiantes como el 4 y 5esquivo hielo 17 metastableestructuras predichas simulaciones autoreshielo i latina minúscula no identificadoredescubrimiento de hielos naturalesnuevas estructuras de hielo y síntesismétodo para generar estructuras de hielo34 hielos nuevos dentro del umbral energético…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 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…
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 #6 · Palabras #4diagrama 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…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 #1 · Palabras #1hielo 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 #2 · Palabras #2carbono y silicio redes flexiblesenlaces de hidrógeno metanol amoníacohielos mezclados agua metano amoníacopotencial astrobiología juan carlos gilhielo l accesible en laboratoriospolimorfos del hielo planetatemperaturas decentes humanas hielo l…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 paisaje del hielo. Pero no solo del hielo, el método es perfectamente aplicable a otras sustancias que tengan redes flexibles y direccionales como el carbono o el silicio, en fin, buenos candidatos. U otras sustancias que tengan enlaces de hidrógeno, metanol, amoníaco, urea, y os recuerdo que muchos materiales planetarios están formados por 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…
Juan Carlos Gil comenta sobre el descubrimiento del hielo 21 y 22, siendo este último el primer polimorfo descubierto en décadas. Describe su intento de identificar el hielo 21 entre 34 candidatos mencionados en un artículo científico.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #10 · Palabras #6hielo 22 primer polimorfo décadasartículo científico candidatos hielo 21densidad 134 gramos centímetro cúbico…año solemos reunirnos JL y sus doctores, entre ellos yo, y así hemos hecho hace poco, y entonces hemos hablado sobre todo esto. Me lo han contado en detalle y me lo han empollado para contároslo a vosotros, y desde mayo hasta ahora en el interim os decía. ¿Que se ha descubierto el hielo 22, el hielo 21? Se ha descubierto en octubre; es el primer polimorfo que se descubre en décadas. Ya ha sido justo ahora cuando estaba yo empollándome todo eso. Así que, ya picado por la curiosidad, me he entretenido a ver si conseguía localizar este hielo 21 entre los 34 candidatos que dice este artículo. Y bueno, pues no es concluyente mi análisis. Sí que hay un montoncito de formas que están muy cerquita de la densidad, 1,34, 1,41 gramos por centímetro cúbico, que dicen los autores. Pero me faltan datos para identificar exactamente si corresponde a uno de estos 34. No lo dirán ellos, supongo, en breve. Y hasta aquí todo lo que os quería contar sobre esto. Perfecta sincronización porque creo que Silvana nos tiene que ir dejando pues casi como que ya. ¿Eso es así, Silvana? Vale, pues nada. Y entra Borja. Hacemos el cambio porque no se va a quedar un sitio libre. Así que Borja, te puedes sentar en el sitio que deja Silvana. Gracias, Silvana, hasta la próxima. Y feliz Navidad, si no nos vemos. Venga, Silvana, feliz Navidad.…
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 #9descubrimiento fases de hielosexoplanetas más de 5000hielo l y hielo aquí…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.…