16 septiembre 2020

Agua en estado líquido a más de 170 grados Celsius

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Los destellos de rayos X del europeo XFEL (violeta) no solo calientan el agua (moléculas rojas y blancas), sino que también producen un patrón de difracción de la muestra (fondo)

Los destellos de rayos X del europeo XFEL (violeta) no solo calientan el agua (moléculas rojas y blancas), sino que también producen un patrón de difracción de la muestra (fondo) – DESY, BRITTA LIEBAUG

   MADRID, 16 Sep. (EUROPA PRESS) –

   Usando el láser de rayos X europeo XFEL para observar cómo se calienta el agua en condiciones extremas, científicos han podido observar agua líquida incluso a más de 170 grados Celsius.

   La investigación reveló un comportamiento dinámico anómalo del agua en condiciones de calentamiento ultra-rápido. Los resultados del estudio, que se publican en PNAS, son de fundamental importancia para la planificación y análisis de investigaciones de muestras sensibles utilizando láseres de rayos X.

   European XFEL, una instalación de investigación internacional, que se extiende desde el sitio de DESY en Hamburgo hasta la ciudad vecina de Schenefeld en Schleswig-Holstein, alberga el láser de rayos X más potente del mundo. Puede generar hasta 27.000 intensos destellos de rayos X por segundo.

   Para sus experimentos, los investigadores utilizaron series de 120 flashes cada una. Los destellos individuales estaban separados por menos de una millonésima de segundo (exactamente 0,886 microsegundos). Los científicos enviaron estos trenes de pulsos a un tubo delgado de vidrio de cuarzo lleno de agua y observaron la reacción del agua.

   «Nos preguntamos cuánto tiempo y con qué intensidad se puede calentar el agua en el láser de rayos X y si todavía se comporta como agua», explica en un comunicado el autor principal, Felix Lehmkühler, de DESY. «Por ejemplo, ¿funciona como refrigerante a altas temperaturas?» Una comprensión detallada del agua sobrecalentada también es esencial para una gran cantidad de investigaciones sobre muestras sensibles al calor, como polímeros o muestras biológicas.

   «Con los destellos de rayos X, pudimos calentar el agua hasta 172 grados Celsius en diez milésimas de segundo sin que se evaporara«, informa Lehmkühler. Normalmente, este retraso en la ebullición sólo se puede observar hasta unos 110 grados Celsius.

   «Pero esa no es la única característica anómala», enfatiza el físico. Los científicos investigaron el movimiento de nanoesferas de silicio flotando en el agua como marcadores de la dinámica en la muestra. «En el agua extremadamente sobrecalentada, observamos que el movimiento de las nanoesferas de dióxido de silicio se desvía significativamente del movimiento molecular browniano aleatorio esperado. Esto indica un calentamiento desigual de la muestra», dice Lehmkühler.

   Los modelos teóricos existentes aún no pueden explicar satisfactoriamente este comportamiento porque no están diseñados para el agua en estas condiciones extremas.

CL1