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Silvana TapiaJuan Carlos GilFrancis VillatoroHéctor SocasBorja Tosarhielos 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 lhielo 7HOHJuan Carlos GilCoca-Colahielo 5hielo 17hielo 20hielo Lfigura 7hielo 11hielo 6hielo 15hielo 8Héctor Socashielo 1Hhielo 21Francis VillatoroDuneDFTJúpiterSaturnoTIP 4P 2005
Moléculas rotan libremente hielo 7
Con
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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.
…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…
Significado #1 · Palabras #1
Héctor Socas introduce un nuevo tema sobre el hielo y el agua, explicando su abundancia en el universo tras una conversación previa sobre la química física.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #13 · Palabras #14agua tercera molécula más abundante universocometas y nubes interestelares con aguaatmósferas exoplanetarias contienen agua…háblame de tu mundo, Usul, decía Chani en Dune. Háblame del mundo del hielo, de la química física del hielo. Además que cuando acabe mi intervención en la parte final, en conclusiones, volveré; bueno, haré un apunte de por qué realmente es parte de mi mundo. Pues si voy a hablar del hielo y en particular del agua, que es una sustancia realmente única. Perdona, Juan Carlos, perdona, porque yo creo que ese apunte final ya estará en la cara. B: Sí, sí, lo lanzó de spoiler para que, o sea, de cliffhanger, ¿no? Ah, bueno, si lo quieres dejar como cliffhanger, vale, pero si lo querías meter en la cara A, pues que buscaras algún gancho para introducirlo, pero no, vale, que lo busquen en la cara. Diría 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…
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 #1 · Palabras #1hielos 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 las limitaciones de los modelos de agua existentes, señalando que no capturan fenómenos naturales como la autoionización debido a que asumen enlaces permanentes entre oxígeno e hidrógeno.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #18enlaces oxígeno e hidrógeno permanentesautoionización del agua naturalintercambio de hidrógenos entre moléculasdinámica molecular con potencial profundocálculo dft del mapa de potencial…de interacción que dio lugar a toda una familia de variantes con cuatro centros, cuyo campeón absoluto es el TIP 4P 2005, publicado por Abascal y Vega en 2005 y que sigue siendo a día de hoy el estándar de oro para simular agua y hielo con modelos rígidos. Pero todos estos modelos tienen una limitación grave y es que obviamente los enlaces, cada oxígeno tiene sus dos hidrógenos apareados de por vida, son sus hidrógenos y esos enlaces no se rompen, no capturan los fenómenos que ocurren en el agua natural como la autoionización, el intercambio de hidrógenos entre moléculas. Por eso la técnica esta de dinámica molecular con potencial profundo, que ignora el hecho de que hay moléculas construidas, simplemente calcula el DFT, el mapa de potencial completo, pues ha tenido mucho éxito precisamente para una sustancia tan paradigmática como el agua. El trabajo fundacional de Sang de 2018 usó precisamente el agua como modelo y lo han 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…
Juan Carlos Gil describe el proceso final del ciclo iterativo para generar estructuras de hielo, explicando cómo se calcula la energía libre de las estructuras restantes después de múltiples refinamientos.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #16cálculo energía libre estructuras supervivientesdft refinamiento geometrías exactasdinámica molecular potencial porcentajesimulaciones energía libre estructuras…mejorar el potencial profundo, valga la redundancia de tanto profundo; era lo que antes llamábamos aprendizaje activo. Tenemos entonces estructuras mejores, potencial refinado y seguimos con el ciclo hasta que, después de dar las vueltas que sean necesarias, Convergen los dos puntos de decisión que hay en el diagrama y cuando es así nos salimos en el bloque final, abajo a la derecha de la figura, que pone cálculo de la energía libre con las estructuras supervivientes a todas estas perrerías, pues se relajan por última vez con un DFT ahora muy, muy, muy fino para obtener las geometrías exactas, perfectas y se calcula su energía libre 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…
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 GilPalabras #5densidad 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 una posible ubicación del hielo L, según los autores del estudio, sugiriendo su presencia en el manto terrestre o en el interior de planetas y lunas heladas.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #5 · Palabras #3hielo l en el manto terrestrered autointerpenetrante de hielo lmoléculas de agua helicoidalesfigura 7 del estudio hielo l…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:…
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 #17hielo 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 #7hielo 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…
Juan Carlos Gil responde a preguntas sobre el hielo 7, específicamente si podría dar origen a solitones en forma de rotones o mostrar comportamiento superfluido.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #3 · Palabras #7pregunta sobre el hielo 7 y rotoneshielo y preguntas de tomashector ausentarse brevementehielo 7 y solitones en rotonessuperfluido en hielo 7fase super iónica del hielo 7red de oxígenos rígida en el hielo 7…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 fase super iónica, entonces a lo mejor por ahí por el super se le ha colado. Pues en principio tampoco, no tiene por qué. Igual que los metales, que es la comparativa que he hecho, pues no son super fluidos. Desde luego la red de oxígenos está rígida y bien rígida. No hay nada super fluido ahí. Hay otra pregunta de Raúl que pregunta: ¿se incluyen las fuerzas de Van der Waals en las simulaciones? Me hace gracia porque Van der Waals se escribe, el Waals con W-A-A-L-S, que es un apellido holandés, pero lo ha escrito, no sé si era cosa del corrector,…