Il polimorfismo amorfo dell’acqua
L’acqua è l’unica sostanza che può essere trovata in natura nelle fasi solida, liquida e gassosa. In particolare, in fase solida, esiste in una grande varietà di forme cristalline e stati vetrosi, chiamati ghiacci amorfi. Il numero dei diversi acronimi utilizzati per descriverli rappresenta i tanti percorsi mediante i quali possono essere preparati. Quanti diversi tipi di ghiaccio amorfo ci sono? La questione ancora aperta relativa a distinguere, definire e identificare gli stati vetrosi dell’acqua è stata affrontata dal progetto SULIWA (Deeply supercooled liquid water), finanziato dall’UE. Nei cinque anni di studio, gli scienziati hanno potuto solo esaminare superficialmente la superficie di fasi a bassa temperatura dell’acqua. In tal modo, tuttavia, il team di SULIWA ha scoperto una nuova forma liquida ad alta densità d’acqua a temperature superiori a - 157 C. Questa è la temperatura più bassa alla quale è stata mai osservata acqua allo stato liquido. Inoltre, gli scienziati hanno scoperto che ad una temperatura di circa - 130 C, questo liquido può coesistere con una fase liquida diversa, a bassa densità di acqua. Gli scienziati hanno esplorato le possibili reazioni che possono avvenire a temperature basse, come l’inserimento di una molecola ospite in un reticolo di ghiaccio e la reazione di protonazione. Nessuna di queste reazioni è stata troppo lenta. Si prevede che l’osservazione di tale polimorfismo liquido sarà la chiave per domande come perché il comportamento dell’acqua è così diverso e perché il ghiaccio galleggia sull’acqua liquida. Il ghiaccio non si trova solo a temperature inferiori a - 100 C, ma anche nell’atmosfera terrestre a temperature fino a 0 C. In SULIWA, il processo di congelamento di goccioline di acqua liquida è stato studiato con risultati sorprendenti. A seconda delle loro dimensioni, dopo il congelamento delle goccioline, uno strato liquido copriva il nucleo ghiacciato. Questo secondo strato congelava o diventava uno strato vetroso in seguito all’ulteriore raffreddamento. I risultati di SULIWA contribuiranno ad una migliore comprensione della microfisica delle nubi e al miglioramento dei modelli climatici della Terra. In particolare, l’albedo delle nubi è diverso quando il ghiaccio cristallino, l’acqua vetrosa o soluzioni liquide coprono la superficie delle particelle. Quindi, sono state avanzate nuove argomentazioni nel dibattito di lunga durata sulle numerose peculiarità dell’acqua.
