Descubiertas las formas de hielo más complejas hasta la fecha
Los científicos continúan descubriendo nuevas formas de hielo, revelando la gran diversidad que puede presentar esta sustancia en diferentes condiciones ambientales. Según las simulaciones computacionales, podrían quedar muchas más fases por identificar.
Aunque el hielo es familiar para nosotros como frío y sólido, su definición se expande a cualquier fase sólida y cristalina del agua, cuya estructura molecular presenta patrones repetitivos. Desde 1900, los investigadores han identificado más de 20 fases del hielo, muchas de las cuales emergen bajo condiciones extremas.
El agua se caracteriza por su extraordinaria versatilidad debido a la configuración molecular compleja de sus moléculas. Cada molécula de agua contiene un átomo central de oxígeno y dos átomos de hidrógeno unidos por fuerzas electromagnéticas, formando unidades estructurales.
En su forma más común, el hielo hexagonal se organiza en una jaula hexagonal que le confiere una menor densidad que la del agua líquida. Esto permite que el hielo flote y que los cuerpos de agua congelen desde la superficie hacia abajo, protegiendo así la vida submarina durante el invierno.
Al someter el agua a diferentes condiciones de presión y temperatura, se pueden obtener numerosas variantes del hielo. En 2018, un grupo internacional desarrolló una extensa simulación informática que previó más de 75,000 fases posibles, aunque solo algunas podrían formarse en la naturaleza.
En 2025, Yong-Jae Kim y su equipo del Korea Research Institute of Standards and Science (KRISS) realizaron un experimento que comprimía gotas de agua entre diamantes para estudiar cómo el hielo reacciona bajo presión. El equipo observó una estructura inesperada que duró tan solo unos decenas de milisegundos antes de transicionar a la siguiente fase.
Este descubrimiento llevó al equipo del KRISS y Kim, actualmente en el Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), a utilizar técnicas avanzadas como el láser de rayos X para analizar con mayor precisión esta estructura. La nueva fase del hielo, denominada hielo XXI, presentó un patrón cristalino compuesto por 152 moléculas.
A pesar de la gran diversidad prevista en las simulaciones, la nueva fase resultó ser una estructura excepcionalmente compleja. Kim y su equipo no buscaban descubrir esta nueva forma del hielo; el experimento original pretendía investigar transiciones de fase en el agua.
Las fases metaestables como el hielo XXI demuestran la teoría de las etapas de Ostwald, que explica cómo los sistemas pueden pasar por estados intermedios antes de alcanzar su estado final. Este fenómeno ha sido observado en otras sustancias además del agua y tiene aplicaciones importantes en industrias como la farmacéutica.
Mientras tanto, el equipo liderado por Hiroki Kobayashi en Tokio descubrió una variante llamada hielo plástico VII, que presenta un comportamiento sorprendente bajo calentamiento. Esta fase del hielo conserva su estructura cristalina pero las moléculas de agua giran rápidamente sobre sí mismas.
Las nuevas técnicas permiten a los científicos observar y analizar estas fases del agua con mayor detalle, abriendo el camino hacia una mejor comprensión del comportamiento del hielo en diferentes entornos. A medida que avanzan en esta investigación, se espera que la teoría de las etapas de Ostwald permita predecir cómo pueden transitar los sistemas físicos a través de distintas fases.
Estas investigaciones continúan expandiendo nuestro entendimiento del agua y sus formas más complejas, revelando cómo un elemento tan común puede albergar tantas sorpresas. “Vivimos en el planeta del agua”, concluye Marius Millot, científico del LLNL, “y todavía seguimos aprendiendo de lo que el agua es capaz”.
