Sacsejar (enèrgicament) el gel el transforma en una cosa mai vista

L’aigua congelada normal, un cop sacsejada i refredada –però no remenada–, es converteix en una cosa diferent: un tipus de gel descobert fa poc i format per una barrija-barreja de molècules amb unes propietats extraordinàries. “És totalment inesperat i molt sorprenent”, diu Christoph Salzmann, professor de química al University College de Londres i autor d’un article en què descriu aquest gel, publicat recentment a la revista Science.

L’aigua és una molècula senzilla que els científics han estudiat detingudament durant segles: dos àtoms d’hidrogen surten d’un àtom central d’oxigen fent un angle de 104,5 graus i formant una V. El nou descobriment demostra una vegada més que l’aigua, una molècula sense la qual –pel que sabem– la vida no pot existir, encara amaga sorpreses científiques pendents de revelar. En aquest experiment s’han fet servir uns materials relativament senzills i barats per descobrir un tipus de gel que podria existir en altres llocs del sistema solar i a tot l’univers.

20 tipus de gel

A la vida quotidiana hi trobem l’aigua en tres estats: en forma de gas volàtil com el vapor, com a aigua corrent i com a gel, que és dur i relliscós. El gel de la nostra vida quotidiana consisteix en molècules d’aigua arrenglerades per formar un entramat hexagonal, i aquests reticles hexagonals s’apilen perfectament els uns sobre els altres. Aquesta estructura hexagonal no és gaire atapeïda, i per això el gel és menys dens que l’aigua líquida i sura.

Amb canvis de temperatura i pressió diferents de les que hi sol haver a la Terra, les molècules d’aigua es poden transformar en unes altres estructures cristal·lines. Els científics ara coneixen 20 formes cristal·lines d’aigua. La vintena es va descobrir l’any passat. A més, els investigadors també han documentat dos tipus de gel consistents en molècules desorganitzades; és el que anomenen materials amorfs. A la Terra no hi ha gels amorfs, però potser són predominants a l’espai exterior: als cometes, als núvols interestel·lars i als mons gelats, com Europa, una de les llunes de Júpiter.

Salzmann i els seus col·legues no volien ampliar el catàleg de gels d’aigua. El que volien era estudiar diminuts cristalls de gel, perquè de vegades els fragments minúsculs d’una cosa tenen unes propietats molt diferents de les que presenten els trossos més grossos d’aquella mateixa matèria.

Un còctel d’acer i gel

Així doncs, Alexander Rosu-Finsen, que fa el postdoctorat al grup de recerca de Salzmann i és el primer autor de l’article publicat a Science, es va posar a trencar gel. Primer va refredar el gel amb nitrogen líquid fins a arribar a -195,55 ºC i després el va ficar dins d’un recipient amb unes boles d’acer. Tot seguit una màquina va començar a sacsejar el gel i les boles d’acer –refredades també a temperatures baixíssimes– d’una banda a l’altra 20 vegades per segon, i va polvoritzar el gel en fragments diminuts, un procés anomenat molta de boles. Imagineu-vos-ho, tot plegat, com una coctelera d’alta tecnologia.

Aleshores Rosu-Finsen va obrir el recipient: “I vet aquí que havia passat una cosa totalment inesperada”. El material blanc de l’interior presentava l’aspecte que imaginem que ha de tenir el gel aixafat, però s’havia transformat. Era més dens, i gran part de l’estructura cristal·lina s’havia destruït per produir un material amorf. La densitat, però, no coincidia amb la dels gels amorfs que ja coneixem: tenia gairebé exactament la mateixa densitat que l’aigua líquida.

Fins aleshores totes les formes sòlides de gel, cristal·lines o amorfes, eren força més denses que l’aigua líquida o, si no, molt menys denses. Els investigadors li van donar el nom de gel amorf de densitat mitjana (MDA per les sigles en anglès). Els cops de les boles d’acer havien sotmès els cristalls de gel a un esforç de cisallament prou potent per fer sortir les molècules d’aigua de les posicions que ocupaven als cristalls i formar conjunts més atapeïts.

Terratrèmols de gel

Les conclusions de l’estudi podrien ser útils per als planetòlegs. Les temperatures són com les que hi ha a Europa, i Júpiter exerceix unes forces de marea enormes sobre aquesta lluna gelada, que la NASA i sondes europees visitaran i estudiaran de prop. “S’hi produeix exactament el mateix tipus de moviment de cisallament –diu Salzmann–. Ara s’especula amb la possibilitat que hi hagi algun gel amorf de densitat mitjana al sistema solar exterior”.

Els investigadors també han descobert una propietat extraordinària del gel amorf de densitat mitjana que no tenen els altres gels. En el cas de la majoria de materials, si els comprimeixes i després afluixes la pressió, tornen a ser com abans. Però al comprimir aquest gel amorf i després afluixar la pressió i escalfar-lo, s’allibera una enorme quantitat d’energia.

Aquesta energia, que es desprèn quan es recristal·litza el gel amorf, podria, per exemple, provocar terratrèmols de gel o criosismes. Això vol dir que les característiques físiques del nou gel podrien influir en la formació de l’escorça gelada d’Europa –la lluna de Júpiter– i en la dinàmica del gel que hi ha a sota, al mar d’aquesta lluna, amb repercussions sobre la possibilitat que hi hagi unes condicions aptes per a la vida.