Qué es la prefusión y por qué explica que el hielo pueda derretirse más rápido

La teoría de la “prefusión” del hielo, una capa cuasi líquida en la superficie que existe por debajo de la temperatura de fusión, fue inicialmente propuesta por el científico inglés Michael Faraday hace 160 años. A lo largo del tiempo, esta idea ha sido objeto de amplias investigaciones teóricas y experimentales mediante diversas técnicas. A pesar de ello, la obtención de conclusiones prácticas ha sido esquiva. Los resultados de este estudio fueron publicados en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences.

Recientemente, una investigación ha revelado que incluso a temperaturas mucho más bajas que las previamente observadas, el hielo puede exhibir movimientos apenas perceptibles. Utilizando herramientas de imágenes en el Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de los Estados Unidos, los investigadores han identificado el fenómeno de la prefusión en condiciones más extremas.

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La prefusión explica por qué una superficie de hielo puede volverse resbaladiza incluso en un día extremadamente frío y claro. Aunque la mayor parte del área está congelada, una porción de la superficie permanece húmeda. La noción de una capa prefundida de hielo, con propiedades similares a las de un líquido, plantea interrogantes de larga data sobre la transformación del agua de líquido a sólido, y luego a vapor, y cómo bajo condiciones específicas, puede existir en los tres estados simultáneamente.

En este estudio reciente, los científicos examinaron cristales de hielo formados a temperaturas tan bajas como -129 °C. Utilizaron el Centro de Materiales a Nanoescala (CNM) de Argonne para cultivar y observar nanocristales de hielo, que tenían dimensiones de apenas 10 millonésimas de metro de ancho.

Además de proporcionar conocimientos sobre la naturaleza del agua a temperaturas bajo cero, el estudio también presenta un método para examinar con detalle molecular muestras delicadas: la microscopía electrónica de transmisión (TEM) de alta resolución y baja dosis. Esta técnica dirige un haz de electrones hacia un objeto, y un detector crea una imagen al capturar cómo se dispersan los electrones del objeto.

Jianguo Wen, en un comunicado de prensa emitido por el Laboratorio Nacional Argonne, señaló: “Algunos materiales son sensibles a los rayos. Cuando se utilizan haces de electrones para obtener imágenes de ellos, se pueden alterar o destruir. Obtener imágenes del hielo es muy difícil porque es muy inestable bajo el haz de electrones de alta energía. Si demostramos con éxito esta técnica en hielo, obtener imágenes de otros materiales sensibles a los rayos será mucho más sencillo”.

Este enfoque no solo tiene implicaciones para entender el comportamiento del hielo, sino que también podría beneficiar el estudio detallado de otros materiales sensibles a los electrones, como los electrolitos en las baterías. En última instancia, esta técnica podría contribuir al desarrollo de baterías más eficientes.