No solo el ocio es creativo. El miedo tambi\u00e9n puede generar buenas ideas, aunque de manera indirecta. En el a\u00f1o 2000 los f\u00edsicos Adalberto Fazzio y Antonio Jos\u00e9 Roque da Silva participaron de un marat\u00f3n de conferencias cient\u00edficas que los oblig\u00f3 a surcar el planeta por los aires. Como no se siente bien con los pies lejos del suelo, Fazzio a veces intentaba tranquilizarse con una dosis de whisky con hielo antes de abordar el avi\u00f3n. Mientras aguardaban en una de las salas de embarque, el tintineo de los trozos de hielo en el vaso despert\u00f3 una duda: “Desde el punto de vista f\u00edsico, \u00bfqu\u00e9 sabemos sobre el hielo?”, se pregunt\u00f3 Fazzio.<\/p>\n
Seis a\u00f1os y algunos aeropuertos m\u00e1s tarde, el d\u00fao de f\u00edsicos de la Universidad de S\u00e3o Paulo (USP) responde a la pregunta con propiedad. Y, junto con colaboradores de la Universidad Estatal de Campinas (Unicamp), el f\u00edsico paulista Alex Antonelli y el f\u00edsico holand\u00e9s Maurice de Koning, presenta en dos art\u00edculos cient\u00edficos sus primeras contribuciones para ampliar el conocimiento acerca de las propiedades microsc\u00f3picas del hielo, uno de los responsables por mantener el clima del planeta agradable y permitir la existencia de la vida.<\/p>\n
Publicado en febrero de 2006 en la Physical Review Letters, el primer trabajo ayuda a comprender mejor las propiedades el\u00e9ctricas del hielo identificadas hace alrededor de 70 a\u00f1os, y que a\u00fan no hab\u00edan sido bien explicadas. En la d\u00e9cada de 1930, estudios qu\u00edmicos y f\u00edsicos mostraron que el hielo era bastante m\u00e1s complejo de lo que aparentaba, aunque estuviese formado por una de las mol\u00e9culas m\u00e1s simples de la naturaleza \u2013 el agua, producto de la uni\u00f3n de dos \u00e1tomos de hidr\u00f3geno con uno de ox\u00edgeno (H2O), en una estructura espacial que se asemeja a la letra V.<\/p>\n
A la saz\u00f3n, en la Universidad de Cambridge, Inglaterra, los f\u00edsicos John Bernal y Ralph Fowler constataron en 1933 que el hielo era, en realidad, un cristal. Por debajo de cero grado Celsius, las mol\u00e9culas de agua se unen en grupos de seis, formando hex\u00e1gonos que se repiten siempre a la misma distancia y con la misma orientaci\u00f3n. Utilizando una t\u00e9cnica que permite identificar la posici\u00f3n de cada \u00e1tomo en el interior de una mol\u00e9cula, notaron que en esa estructura cristalina exist\u00eda un patr\u00f3n: hay un \u00e1tomo de hidr\u00f3geno entre dos de ox\u00edgeno, mientras un \u00e1tomo de ox\u00edgeno siempre intercala dos de hidr\u00f3geno de mol\u00e9culas distintas. Una fuerza bastante intensa \u2013 la conexi\u00f3n de hidr\u00f3geno \u2013 mantiene las mol\u00e9culas de agua firmemente unidas unas a las otras, impidiendo que se muevan libremente como en el agua l\u00edquida.<\/p>\n
Un poco antes de los experimentos de Cambridge, el f\u00edsico holand\u00e9s Peter Debye encontr\u00f3 un efecto inesperado al someter un pedazo de hielo a un campo el\u00e9ctrico. Las mol\u00e9culas de agua, con cargas negativas concentradas alrededor del \u00e1tomo de oxigeno y las positivas pr\u00f3ximas a los de hidr\u00f3geno, se alineaban con el campo el\u00e9ctrico. Ser\u00eda natural que eso ocurriese en el agua, porque las mol\u00e9culas est\u00e1n m\u00e1s libres. Pero no en el hielo, donde se encuentran apretadas en los anillos hexagonales por conexiones de hidr\u00f3geno. La explicaci\u00f3n solo llegar\u00eda m\u00e1s tarde.<\/p>\n
Como conoc\u00eda la dificultad para romper las conexiones de hidr\u00f3geno en un cristal perfecto, donde las mol\u00e9culas se ajustan unas a otras, el f\u00edsico dan\u00e9s Niels Bjerrum propuso en 1952 que el hielo deber\u00eda presentar fallas que permitir\u00edan a las mol\u00e9culas de agua orientarse seg\u00fan el campo el\u00e9ctrico. Formado al azar o por el agregado de \u00e1cidos al hielo, el defecto molecular que lleva el nombre de Bjerrum no pasa de ser un cambio de posici\u00f3n de un \u00e1tomo de hidr\u00f3geno en el anillo hexagonal. Ese sutil cambio, crea, al mismo tiempo, dos conexiones inestables: una entre dos \u00e1tomos de hidr\u00f3geno de mol\u00e9culas distintas, que se repelen por poseer ambas carga el\u00e9ctrica positiva; y otra entre dos \u00e1tomos de ox\u00edgeno, de carga negativa.<\/p>\n
Un cristal imperfecto Aunque el defecto Bjerrum es bien conocido, faltaban mediciones precisas de la energ\u00eda necesaria para generarlo y permitir que se propague de una mol\u00e9cula hacia otra. Con la ayuda de programas de computadora que simulan el comportamiento de las part\u00edculas at\u00f3micas, De Koning obtuvo una estimaci\u00f3n fiel de esos valores. \u00c9l cre\u00f3 una red cristalina en la que los anillos hexagonales se repet\u00edan 16 veces y gir\u00f3 artificialmente la posici\u00f3n de un \u00e1tomo de hidr\u00f3geno, creando un defecto de Bjerrum. En seguida, aguard\u00f3 el resultado.<\/p>\n La energ\u00eda necesaria para torcer una conexi\u00f3n de hidr\u00f3geno y crear el defecto de Bjerrum es hasta un 73% mayor de lo que se estimaba. Ahora bien, la energ\u00eda para que esa torsi\u00f3n pase de una mol\u00e9cula a otra llega a ser 63% m\u00e1s baja. “Esos defectos deber\u00edan desplazarse m\u00e1s f\u00e1cilmente de lo que de hecho suced\u00eda”, afirma Silva. “Esa diferencia de energ\u00eda sugiere que hay trampas que aprisionan a los defectos y les impiden proseguir”, explica.<\/p>\n En otro experimento virtual, De Koning decidi\u00f3 averiguar con qu\u00e9 frecuencia surgen en el hielo otros dos tipos de defectos, comunes en cristales de silicio. Son los llamados defectos puntuales: la carencia o exceso de un elemento en la red cristalina \u2013 en el caso del hielo, una mol\u00e9cula de agua. Ensayos realizados en 1982, en Jap\u00f3n, suger\u00edan que, dependiendo de la temperatura, habr\u00eda m\u00e1s defectos puntuales de un tipo o de otro.<\/p>\n De Koning, Antonelli, Silva y Fazzio constataron que cuanto mas cerca del punto de fusi\u00f3n del hielo (cero grado Celsius) mayor es la cantidad de mol\u00e9culas de agua intrusas en la red hexagonal, seg\u00fan un art\u00edculo publicado en octubre en la Physical Review Letters. Pero por debajo de -43 grados Celsius el defecto m\u00e1s com\u00fan pasa a ser la falta de una mol\u00e9cula de agua. “Ninguno de esos defectos altera la orientaci\u00f3n de las mol\u00e9culas de agua en el hielo”, explica De Koning, “pero se cree que ellos alteran sus propiedades el\u00e9ctricas”. Aunque de hecho ocurran, no impedir\u00edan que se agreguen al whisky algunos trozos de hielo.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Simulaciones en computadora explican las propiedades el\u00e9ctricas del hielo","protected":false},"author":16,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[181],"tags":[],"coauthors":[105],"class_list":["post-83308","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-ciencia-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/83308","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/16"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=83308"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/83308\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=83308"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=83308"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=83308"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=83308"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}
\n<\/strong>La consecuencia es un efecto en cascada. “Despu\u00e9s que surgen”, explica Silva, “esos defectos se desplazan como si caminasen por el hielo y facilitan la rotaci\u00f3n de otras mol\u00e9culas de agua”. Por esa raz\u00f3n, cuanto mayor es el n\u00famero de defectos en el hielo, m\u00e1s f\u00e1cilmente sus mol\u00e9culas se ordenan con el campo el\u00e9ctrico. Esos defectos contribuyen tambi\u00e9n para que las mol\u00e9culas se organicen de otras diez maneras, m\u00e1s estables que en los hex\u00e1gonos, en la medida en que se reduce la temperatura o aumenta la presi\u00f3n. Otra consecuencia es el transporte de part\u00edculas el\u00e9ctricamente cargadas: en el caso del hielo, iones de hidr\u00f3geno, de carga positiva, al contrario de lo que ocurre en los hilos de cobre, donde son las part\u00edculas de carga negativa (electrones) las que se desplazan.<\/p>\n