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Silvana TapiaJuan Carlos GilFrancis VillatoroHéctor SocasBorja Tosardensidad 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 aguaJuan Carlos GilJúpiterSaturnohielo LCoca-ColaFrancis VillatoroHéctor Socashielo 7hielo 5hielo 17hielo 20hielo 11hielo 6hielo 15hielo 8Gabriel SpinTierrahielo 1Hhielo 21AmundsenScott
Hielo menos denso que Agua
Con
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Juan Carlos Gil explica una propiedad inusual del agua: su densidad no siempre aumenta al enfriarse, sino que alcanza un máximo a 4 grados centígrados antes de disminuir.
…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…
Significado #1 · Palabras #1
Juan Carlos Gil explica una propiedad inusual del agua: su densidad no siempre aumenta al enfriarse, sino que alcanza un máximo a 4 grados centígrados antes de disminuir.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #1 · Palabras #1densidad 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 agua…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…
Juan Carlos Gil continúa explicando las diferentes formas en que puede congelarse el agua, mencionando la existencia de hielos amorfos de baja, media, alta y muy alta densidad.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #3 · Palabras #9hielos 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 superiónico…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…
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 #18simulaciones 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 una correlación en la densidad de las estructuras de hielo representadas en el panel C de una figura, observando un gradiente que va desde la cabeza (hielos 17 y 1H) hasta la cola (hielos 6, 15, 7 y 8).
Habla: Juan Carlos GilSignificado #12densidad de estructuras hielo panel chielos baja densidad 17 y 1hhielos alta densidad parejas 6 y 15gradiente desde hielos abiertos a compactos…arriba en el centro, que bueno, para mí es un poco pareidolia, pero por lo menos podemos referirnos a la forma de cocodrilo. Si me permites, sería un tiburón blanco abriendo la boca. Mira, un tiburón me gusta más que el cocodrilo, pero bien, lo has visto. Si es interesante en esa misma figura el panel C, donde han coloreado estas 130.000 estructuras según su densidad, que se calculan las simulaciones, obviamente, y se ve que sí hay una correlación a lo largo del cocodrilo, empezando en la cabeza, donde estarían las zonas de baja densidad, los hielos 17, el 1H habitual y su pareja de protones desordenados, que es el hielo 11, y en la cola estarían los hielos de más alta densidad, con las parejas 6 y 15 y 7 y 8. Con lo cual hay un gradiente a lo largo de este cocodrilo tiburón, pues de un gradiente desde hielos abiertos, si queremos, hasta los hielos más compactos. Otro resultado fundamental de este trabajo es, obviamente, el propio potencial profundo refinado que se ha incurrado apto para este régimen de presiones, que está publicado de forma abierta, claro, y son dos millones de parámetros de la red neuronal entre…
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 #4 · Palabras #13hielo 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 #16hielo 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 #14hielo 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…
Francis Villatoro se ofrece a responder preguntas sobre agua y hielo que puedan surgir, mientras Héctor Socas debe ausentarse brevemente.
Habla: Francis VillatoroPalabras #4pregunta sobre el hielo 7 y rotoneshielo y preguntas de tomashector ausentarse brevemente…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 forma de rotones? Esa es para ti, Francis. Sí, porque... O sea, si es lo que es un solitón y un rotón me lo puedo inventar por el nombre, pero no tengo ni idea No, en principio, no Y después, ¿el hielo 7 empieza a tener comportamiento vagamente de superfluido? El hielo 7 era el que os decía que es una…
Juan Carlos Gil explica que el hielo para consumo humano es interesante por su carga bacteriana e iones, y advierte sobre los peligros del agua desionizada.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #5 · Palabras #7agua desionizada y absorción de sodiosiones en el hielo para consumo humanotécnicas milicú para desionizar aguaconsumo de agua pura es peligroso…de gasolinera o el de supermercado? Me gusta el comentario de Alicia, Van de bar en bar, Van de bar en bar, qué bueno. Ese es el hielo Héctor, ¿eh? Pues el hielo, hielo es Ojalá yo tuviera esas ocurrencias. Digo, que decía siguiendo con lo de la broma de La gasonera, que el hielo, hielo es, para consumo humano lo interesante es la carga bacteriana y los iones. Ah, aquí siempre me gusta decir: existe la posibilidad de desionizar, de quitarle muchísimos iones al agua, unas técnicas que se llaman de milicú. Ese agua desionizada es muy venenosa, por utilizar una palabra que seguramente es incorrecta, porque claro, no tiene iones; en cuanto te tomas un poquito, absorbe todo lo que puede de sodios y de potasios y de cloruros de tu cuerpo, y te deshidrata, paradójicamente. El pobre, o sea, el agua pura, no bebáis agua pura, muchachos: el agua natural con sus guarrerías es muy sana. El agua deshidrata podría ser un buen titular, sí. Muy bien, muy bien. Pues nada, Juan Carlos, que disfrutes. Muchas gracias, amigos, ya os leo. Un abrazo. Un placer. Hasta luego, Juan Carlos. Chao. Y no tenemos a nadie que entre en su lugar, me cachis. Nos vamos a quedar con uno menos, como cuando sacan una…
Héctor Socas responde a una pregunta planteada por Gabriel Spin sobre la procedencia del agua en la Tierra y si se puede estimar un porcentaje para su origen extraterrestre.
Habla: Héctor SocasPalabras #14agua extraterrestre en cometasasteroides ricos en aguaminerales hidratados y origen del agua terrestreformación de la tierra bola de lava…me apetece sacar porque me parece interesante y tiene que ver con lo que hemos estado hablando del agua y de los cometas y asteroides. Porque pregunta Gabriel Spin: ¿se puede hacer una aproximación porcentual sobre la procedencia del agua de nuestro planeta? No sé muy bien qué quiere decir con un porcentual, pero sabemos desde siempre que el agua de nuestro planeta es extraterrestre; o sea, nuestro planeta cuando se formó perdió toda su agua, porque era una bola de lava incandescente, y ahí no quedaba agua y se evaporó toda. Cuando se enfrió, el agua cayó del espacio; y siempre se había pensado que cayó en cometas, porque cometas, pues como son así de hielo, tienen mucha agua, pues parece que, y cayeron cometas también, pero últimamente hemos ido descubriendo que no solo cometas, los asteroides también tienen agua. Hay muchos asteroides que son muy ricos en agua, no como los cometas, con todo ese montón de hielo, pero son minerales hidratados; o sea, el agua está mezclada con la roca y está ahí. Entonces, lo que sí hemos visto, no tenemos una cifra exacta de cuánto cayó en cada tal, pero sí se ha visto recientemente, esto lo sacamos en un paper que comentamos en Coffee Break El paper salió en Nature, pero es más importante que salió…