COM ES COMPORTA L’AIGUA A BAIXES TEMPERATURES?

 

L’aigua pot mantenir-se en estat líquid fins a temperatures pròximes als -100ºC en determinades condicions, en les que s’ha observat que el líquid presenta dos configuracions amb diferent densitats. No obstant, encara no s’ha pogut determinar si dites densitats poden considerar-se dues fases diferents de l’aigua, com el gel i el gas. En aquest context, la revista Physical Review Letters ha publicat un estudi teòric en el que s’ha pogut trobar una variable que pot ser mesurada experimentalment per determinar si realment es pot parlar de dues faes de l’aigua líquida a aquestes temperatures.

El treball, portat a terme per investigadors de Departament de Física de la UB i de la universitat de Boston, estudia com varia la dinàmica de l’aigua líquida a molt baixes temperatures a diferents pressions mitjançant simulacions numèriques i càlculs teòrics.

L’aigua és un fluïd essencial per a la vida, tot i que el seu comportament a vegades divergeix del que es podria considerar un “fluïd normal”. De fet, actualment es coneix més de setanta anomalíes de l’aigua. Una d’elles, per exemple, està relacionada amb l’augment de la densitat amb la temperatura, la qual permet que els peixos puguin sobreviure en llacs gelats. Un altre exemple seria la capacitat d’absorbir calor, un fet essencial per a la regulació de la temperatura del cos. Un altre fet peculiar és que l’aigua (sense impureses) pot arribar a temperatures extremadament baixes en estat líquid sense congelar-se. Tant és així, que en una planta pot arribar fins als -47ºC en estat líquid i en el laboratori pot arribar fins als -92ºC.

L’any 2000 van apareixer els primers experiments que demostraven la existència de dues configuracions de l’aigua líquida a aquestes temperatures. Segons explica el professor Franzese, arriba un punt en el que el líquid no és homogeni i hi ha regions de densitat més alta i altres de densitat més baixa. (Aquesta diferència pot estar relacionada amb l’estructura molecular de l’aigua).

Per tal d’explicar aquest fenòmen, s’han plantejat dues hipòtesis que mostren les mateixes prediccions teòriques i que fins ara no s’han pogut provar experimentalment. A vegades no és possible reproduïr experimentalment totes les condicions per comprovar què ocòrre. Aquest és el cas de la zona on s’hauria de produïr el canvi de fase. Si així sigués, s’observaria un canvi immediat, o bé, segons l’altre hipòtesis, el canvi es produiria de forma gradual. Independentment d’aquestes dues interpretacions, el comportament de les diferents variables de l’aigua és molt similar i fins ara no s’han pogut discernir. En aquest sentit, destaca l’investigador Franzese la importància del resultat és que s’està proposant una variable que pot ser mesurada experimentalment i que posseeix un comportament clarament diferenciat per cada una de les dues hipòtesis.

D’altra banda, s’ha observat que algunes proteïnes sufreixen un canvi en la seva dinàmica quan arriben a temperatures molt baixes. Aquest fet, explica Giancarlo Franzese, indica que podria haver alguna relactó entre el comportament de l’aigua i el de les proteïnes a baixa temperatura, i si sabem què li ocòrre a l’aigua podrem determinar com influeix en les dinàmiques de les proteïnes.