Gli scienziati hanno creato un nuovo strano tipo di ghiaccio che è denso quasi quanto l’acqua

I ricercatori hanno creato una forma di ghiaccio mai vista prima con una struttura disorganizzata e una densità quasi esattamente quella dell’acqua liquida.

Utilizzando temperature ultrafredde e alcuni cuscinetti a sfera in acciaio, gli scienziati hanno creato una nuovissima e bizzarra forma di ghiaccio che ha la stessa densità dell'acqua liquida.

Il ghiaccio, noto come ghiaccio amorfo a media densità, si inserisce in una lacuna negli annali dell’acqua ghiacciata che gli scienziati non erano sicuri sarebbe mai stata riempita. A differenza del ghiaccio cristallino che si forma naturalmente sulla Terra, il ghiaccio appena creato non ha una struttura molecolare organizzata. Invece, le sue molecole sono in una caotica discrepanza, più simile al vetro, uno stato noto come amorfo. In precedenza sono stati prodotti altri tipi di ghiaccio amorfo, ma erano molto meno densi o molto più densi dell'acqua liquida. Questa nuova versione Goldilocks del ghiaccio amorfo è proprio nel mezzo, quasi esattamente uguale alla densità dell'acqua liquida, hanno spiegato i ricercatori in un nuovo studio pubblicato sulla rivista Science Today (2 febbraio).

"È qualcosa di completamente nuovo", ha detto l'autore senior dello studio Christoph Salzmann, professore di chimica fisica e dei materiali all'University College di Londra.

Quando il ghiaccio si congela normalmente sulla Terra, le sue molecole si accumulano in una struttura cristallina organizzata. Questo ghiaccio cristallino è una delle strane peculiarità di H2O, perché galleggia sull'acqua liquida allo stato solido anziché affondare. Ciò è dovuto alle lacune relativamente grandi nella struttura cristallina del ghiaccio d’acqua, rispetto ad altri materiali che formano strutture più dense quando cristallizzano.

Se manipolata correttamente, però, l’acqua liquida può anche congelare in uno stato disorganizzato e amorfo. Il primo di questi stati, il ghiaccio amorfo a bassa densità, fu scoperto negli anni '30. Si ottiene depositando vapore acqueo su superfici molto fredde. Questo processo avviene naturalmente nello spazio, ha detto Salzmann, quindi il ghiaccio amorfo a bassa densità potrebbe essere la forma di ghiaccio più comune nell’universo.

Negli anni ’80, i ricercatori scoprirono che potevano anche produrre ghiaccio amorfo ad alta densità comprimendo ghiaccio normale a temperature molto basse. Ma nessuno aveva mai prodotto ghiaccio amorfo con una densità media, almeno fino a quando Salzmann e i suoi colleghi non ebbero una “folle idea venerdì pomeriggio”. Hanno deciso di provare a macinare il ghiaccio a palle.

Un mulino a sfere è un dispositivo simile a uno shaker per cocktail molto avanzato. Un materiale viene messo in una camera con sfere di acciaio inossidabile e agitato o girato finché il materiale non viene macinato. La macinazione a sfere viene utilizzata in molti settori, ma è particolarmente indicata per creare materiali amorfi e per macinare materiali morbidi e congelati in polveri, ha affermato Salzmann.

"Ci siamo detti: 'Perché non maciniamo il ghiaccio e vediamo cosa succede?'", Ha detto Salzmann.

I ricercatori si aspettavano che il mulino a palle rompesse semplicemente i cristalli di ghiaccio in cristalli di ghiaccio più piccoli. Ma non è quello che è successo. Invece, le sfere d'acciaio rotolanti hanno tagliato e compresso i cristalli di ghiaccio, spingendoli in un nuovo stato di disorganizzazione. Il risultato? Ghiaccio amorfo di media densità.

La modellazione al computer ha mostrato che il ghiaccio inizia in uno stato gradevole e cristallino, con i suoi legami idrogeno che formano un reticolo esagonale. Il taglio casuale provocato dalla macinazione a sfere spinge questi legami idrogeno da una parte e dall'altra, lasciandoli puntare su e giù in uno zigzag caotico.

La nuova forma di ghiaccio si forma a 77 Kelvin, o meno 321 gradi Fahrenheit (meno 196 gradi Celsius). Ha alcune proprietà strane oltre la sua densità di 1,06 grammi per centimetro cubo (0,037 once per 0,06 pollici cubi). (L'acqua ha una densità di 1 grammo per centimetro cubo, o 0,035 once per 0,06 pollici cubi.) Tra questi, ha detto Salzmann, c'è quello che quando i ricercatori hanno compresso il ghiaccio di media densità e lo hanno riscaldato a meno 185 F (meno 120 C) , il ghiaccio si ricristallizzava rilasciando una grande quantità di calore.

"Con altre forme di ghiaccio [amorfo], se le comprimi e rilasci la pressione, è come se non fosse successo nulla", ha detto Salzmann. "Ma l'MDA [ghiaccio amorfo a media densità] ha in qualche modo questa capacità di immagazzinare l'energia meccanica e rilasciarla attraverso il riscaldamento."