Per oltre un secolo gli scienziati hanno discusso del comportamento unico dell’acqua, in particolare delle sue proprietà insolite alle basse temperature. Ora, un team dell’Università di Stoccolma ha fornito la prima prova sperimentale di un punto critico a lungo ipotizzato all’interno dell’acqua superraffreddata – uno stato in cui il liquido fluttua tra due distinte disposizioni molecolari prima del congelamento. Questa scoperta, pubblicata su Science il 26 marzo, potrebbe rimodellare la nostra comprensione del ruolo dell’acqua in ogni ambito, dal clima alla biologia.
Alla ricerca dello stato nascosto dell’acqua
L’acqua non è come la maggior parte delle sostanze. A basse temperature e alta pressione, può esistere in due fasi liquide distinte, ciascuna delle quali lega le molecole in modo diverso. Quando la temperatura aumenta e la pressione diminuisce, queste fasi si confondono in una sola, creando uno stato instabile e supercritico. Questa instabilità si manifesta come fluttuazioni selvagge: l’acqua apparentemente “indecisa” tra le sue forme liquide.
I ricercatori hanno utilizzato laser a raggi X ultraveloci per sondare l’acqua superraffreddata prima che si cristallizzasse, osservando infine questa transizione. La chiave: immaginare il liquido prima che si congelasse, qualcosa che prima era impossibile. Il punto critico è stato identificato a circa -63°C (-81°F) e 1.000 atmosfere.
Perché è importante
Il comportamento bizzarro dell’acqua ha lasciato perplessi i fisici per decenni. Questa scoperta non conferma solo una previsione teorica; spiega perché l’acqua si comporta in modo così diverso dagli altri liquidi. Il punto critico è una regione di estrema instabilità, che causa fluttuazioni che si estendono fino alle condizioni normali.
“L’acqua fluttua tra i due stati liquidi e le miscele dei due, come se non riuscisse a prendere una decisione. Sono queste fluttuazioni che conferiscono all’acqua le sue proprietà insolite.”
— Professore Anders Nilsson, Università di Stoccolma.
Lo studio ha anche scoperto che il sistema rallenta man mano che si avvicina al punto critico, quasi intrappolandosi in uno stato instabile – un fenomeno descritto da un ricercatore come “come un buco nero”.
Implicazioni per la vita e il clima
Il fatto che l’acqua sia l’unico liquido supercritico in condizioni in cui esiste la vita non sfugge ai ricercatori. È una coincidenza o suggerisce qualcosa di più profondo? I risultati hanno implicazioni per la comprensione dei sistemi biologici, dei processi geologici e delle dinamiche climatiche.
“La fase successiva è scoprire le implicazioni di queste scoperte sull’importanza dell’acqua nei processi fisici, chimici, biologici, geologici e legati al clima. Una grande sfida nei prossimi anni”, afferma il professor Nilsson. Questa ricerca fornisce una base per ulteriori indagini su come le proprietà uniche dell’acqua modellano il mondo che ci circonda.
La svolta del team è stata resa possibile dallo sviluppo della tecnologia laser a raggi X, che ha permesso loro di osservare l’acqua in condizioni estreme senza che si congelasse. Ciò conferma che il punto critico è reale e fornisce un nuovo quadro per comprendere la fisica dell’acqua.
