Cuando pensamos en el hielo, a todos nos viene a la mente la misma imagen: un cubo sólido, transparente y frío flotando en un vaso de agua. Sin embargo, para la física molecular, ese hielo es solo una opción entre muchas. Casi todo el hielo que tocamos en la Tierra pertenece a una sola variedad estructural, pero si salimos de nuestro planeta o nos adentramos en laboratorios de alta presión, el agua helada se transforma en un material exótico y sorprendente.
Hasta la fecha, la ciencia ha catalogado más de 20 fases cristalinas del hielo, además de varias formas amorfas. A continuación, exploramos los tipos de hielo más importantes, sus extrañas características y por qué están cambiando nuestra forma de entender el universo.
El hielo de nuestro día a día: Hielo Ih (Hexagonal)
El hielo que enfría tus bebidas, el que cubre las pistas de patinaje y el que forma los copos de nieve es el Hielo Ih (la «h» viene de hexagonal).
Su principal peculiaridad es la forma en que se organizan sus moléculas. Al congelarse bajo la presión atmosférica normal de la Tierra, las moléculas de agua forman un patrón geométrico hexagonal con mucho espacio vacío entre ellas.
-Menor densidad que el agua: Debido a esa estructura abierta y hueca, el hielo Ih es aproximadamente un 9% menos denso que el agua líquida. Por eso flota. Si el hielo fuera más denso que el agua, los lagos y océanos se congelarían desde el fondo hacia arriba, destruyendo la mayor parte de la vida marina en nuestro planeta.
-Geometría en los copos: Esta misma simetría hexagonal es la responsable de que los copos de nieve tengan siempre seis lados o seis brazos.
Existe una variante muy cercana llamada Hielo Ic (cúbico), que se forma de manera natural en las capas más altas y frías de la atmósfera, pero es altamente inestable y se transforma rápidamente en hexagonal.
Hielos de alta presión: Rompiendo las leyes de la Tierra
¿Qué pasa si coges agua y la sometes a presiones miles de veces superiores a la de la atmósfera terrestre? Que obligas a las moléculas a apretarse, eliminando los huecos de la estructura hexagonal. Aquí es donde entran los hielos numerados con números romanos, descubiertos en su mayoría gracias a los trabajos del físico Percy Bridgman a principios del siglo XX.
Hielo VII: El devorador de océanos
Este hielo se forma a presiones brutales (superiores a los 2 gigapascales). A diferencia del hielo de tu nevera, el Hielo VII es más denso que el agua y sus átomos se organizan en una estructura cúbica compacta. Se ha detectado de forma natural atrapado dentro de diamantes formados a gran profundidad en el manto terrestre. Los astrofísicos creen que los fondos de los «planetas océano» fuera de nuestro sistema solar podrían estar hechos de este hielo denso.
Hielo X: El hielo simétrico
Llevando la presión al extremo, las moléculas de agua pierden su identidad individual. En el Hielo X, los átomos de hidrógeno se sitúan exactamente a la mitad de distancia entre los átomos de oxígeno. Ya no se puede hablar de «moléculas de agua» aisladas, sino de una red cristalina continua de hidrógeno y oxígeno.
Hielo Superiónico (Hielo XVIII): El metal negro y caliente
Uno de los descubrimientos más asombrosos de los últimos años es el hielo superiónico, una fase que actúa simultáneamente como un sólido y un líquido. Se genera a presiones de millones de atmósferas y temperaturas de miles de grados centígrados.
En este estado, el oxígeno se congela en una red cristalina sólida, pero los átomos de hidrógeno (protones) se ionizan y fluyen libremente a través de esa red como si fueran un líquido.
-Aspecto y propiedades: No es transparente ni blanco; es oscuro y tiene una consistencia metálica.
-Conductor de electricidad: Debido al flujo libre de protones, el hielo superiónico es un excelente conductor eléctrico.
-Gigantes gaseosos: Se calcula que gran parte del interior de Urano y Neptuno está compuesto por este material, y su movimiento podría ser el responsable de los extraños campos magnéticos de estos planetas.
