El agua puede convertirse en algo distinto del hielo cuando se enfría lo suficiente. Científicos observaron cómo adopta un estado sólido desordenado llamado vidrio acuoso.
Normalmente, cuando el agua se congela, sus moléculas se organizan formando cristales. Pero si se evita esa organización, puede quedar atrapada en una estructura amorfa.
El problema es que estudiar esta transición resulta difícil. Al bajar la temperatura, el agua suele cristalizar antes de que los investigadores puedan observarla bien.
Para evitarlo, el equipo confinó cantidades diminutas de agua entre capas de lípidos, creando espacios menores a un nanómetro donde los cristales no podían formarse.
El trabajo, publicado en Nature Communications, utilizó una matriz de fitantriol, una molécula grasa capaz de mantenerse estable y flexible incluso a temperaturas extremadamente bajas.
Dentro de esa estructura, el agua quedó atrapada en capas increíblemente delgadas. Eso permitió enfriarla sin que apareciera inmediatamente el hielo cristalino habitual del congelador.
Los investigadores combinaron rayos X, neutrones y simulaciones por computadora para seguir tanto la estructura del agua como el movimiento de sus moléculas al enfriarse gradualmente.
Así detectaron que el comportamiento del agua cambiaba claramente en un rango mucho más amplio de temperaturas de lo que se había pensado anteriormente.
Entre aproximadamente menos 63 y menos 20 grados Celsius, los movimientos moleculares se volvieron progresivamente más lentos, mostrando una transición dinámica hacia un estado rígido.
Los cambios más fuertes en esa movilidad aparecieron entre menos 35 y menos 21 grados, cuando las moléculas comenzaron a moverse con mucha mayor dificultad.
Pero la estructura sólida y desordenada característica del vidrio apareció a temperaturas menores, aproximadamente entre menos 74 y menos 64 grados Celsius en estas condiciones.
Eso significa que el agua confinada puede permanecer sin cristales mientras se vuelve cada vez más lenta, hasta quedar atrapada como un sólido amorfo desordenado.
A diferencia del hielo, este material no presenta una red cristalina ordenada. Sus moléculas quedan detenidas en posiciones irregulares, parecidas estructuralmente a un líquido inmovilizado.
Los científicos llevaban décadas intentando entender dónde ocurre esta transición, porque el agua suele congelarse antes de alcanzar la región de temperaturas necesaria para estudiarla.
El confinamiento nanométrico resolvió parte del problema al impedir que las moléculas tuvieran suficiente espacio para organizarse en los patrones regulares necesarios para formar cristales.
Además, las capas de lípidos permanecieron móviles mientras el agua atrapada entre ellas adquiría comportamiento vítreo, una combinación que resultó inesperada para los propios investigadores.
El resultado no significa que un vaso de agua pueda convertirse fácilmente en vidrio dentro de un congelador doméstico. Las condiciones experimentales son muy específicas.
Este comportamiento puede ser relevante en sistemas donde cantidades de agua quedan confinadas, como estructuras biológicas, alimentos congelados o materiales sometidos a temperaturas criogénicas.
Comprenderlo podría ayudar a mejorar técnicas de criopreservación, donde evitar la formación de cristales resulta importante porque esos cristales pueden dañar células y tejidos durante congelación.
También puede aportar información sobre cómo se comporta el agua en espacios diminutos, mostrando que incluso el agua todavía esconde fases difíciles de observar experimentalmente.