En condiciones ordinarias, el agua se comporta como un líquido predecible: se congela a 0 °C y hierve a 100 °C, y fuera de esos rangos su estructura parece sencilla. Pero este líquido tan común tiene un rostro oculto y complejo cuando se lo somete a condiciones extremas. Lo que parecía un simple cambio de estado puede revelar comportamientos insospechados, como fases intermedias o estructuras cristalinas totalmente nuevas. Ahora, un equipo internacional de científicos ha logrado observar, por primera vez, una de esas formas ocultas: una nueva fase del hielo que no se conocía hasta ahora.
El hallazgo ha sido publicado en la revista Nature Materials y liderado por investigadores del Instituto Coreano de Ciencia y Tecnología de Estándares (KRISS). El equipo ha logrado congelar agua a temperatura ambiente aplicando presiones superiores a 2 gigapascales, y en ese proceso ha detectado la formación de una fase de hielo desconocida, que han denominado Ice XXI. Esta nueva estructura cristalina no solo amplía la ya sorprendente familia de hielos conocidos, sino que podría tener importantes implicaciones para la física de materiales y la exploración espacial.
Una nueva forma de hielo… a temperatura ambiente
Lo sorprendente del Ice XXI no es solo que se haya descubierto una nueva forma de hielo —y ya van 21—, sino las condiciones en las que aparece. Este hielo se forma a temperatura ambiente, pero sometiendo al agua a presiones enormes, superiores a los 2 GPa. Es decir, el agua se convierte en hielo sin necesidad de frío, siempre que se la aplaste con suficiente fuerza.
El equipo utilizó un instrumento especializado llamado celda de yunque de diamante dinámica (dDAC), que comprime muestras microscópicas con precisión extrema. Este dispositivo fue clave para observar las rápidas transiciones de fase que ocurren en menos de una milésima de segundo. Según los autores del artículo, el Ice XXI aparece como una fase intermedia y efímera, dentro de lo que se pensaba que era una región estable del llamado Ice VI, otra forma bien documentada de hielo.
“La combinación de una celda dinámica de yunque de diamante y técnicas de láser de electrones libres de rayos X permitió revelar múltiples caminos de congelación y fusión a temperatura ambiente, que estaban ocultos en la región de presión del hielo VI”, señalan los autores en el artículo científico.
Ice XXI: estructura, rareza y transición
A nivel estructural, Ice XXI posee una celda unitaria compleja, con forma de prisma rectangular aplanado y con 152 moléculas de agua por unidad. Su geometría corresponde a una estructura tetragonal centrada en el cuerpo, clasificada como I4̅2d, y su densidad es de 1,413 g/cm³, lo que la hace más densa que la mayoría de las formas conocidas de hielo.
Esta forma de hielo no es estable a largo plazo: aparece y desaparece rápidamente, actuando como un “puente” entre otras fases más duraderas, como Ice VI y una forma también metastable del Ice VII. Aun así, su descubrimiento es esencial porque muestra que incluso en condiciones supuestamente estables, el agua puede comportarse de manera mucho más compleja de lo que se pensaba.
La importancia de este hallazgo reside también en que, según el artículo, “el agua supercomprimida evoluciona estructuralmente de agua de alta densidad a agua de densidad muy alta, provocando múltiples rutas de transición”. En otras palabras, no se trata solo de cambiar de estado, sino de recorrer distintos caminos en la forma en que las moléculas se ordenan bajo presión.
Una carrera científica a nivel planetario
El experimento ha sido fruto de una colaboración internacional que reunió a 33 científicos de Corea del Sur, Alemania, Japón, Estados Unidos y Reino Unido. El equipo del KRISS fue el encargado de liderar el proyecto, y contó con el apoyo del XFEL europeo, el láser de rayos X más potente del mundo.
Gracias a la combinación de la celda dDAC y el sistema de rayos X de XFEL, los investigadores lograron tomar imágenes con resolución temporal de microsegundos. Esto permitió observar el momento exacto en que el agua cambiaba su estructura y se transformaba en Ice XXI. Según explican en el artículo, se identificaron al menos cinco tipos diferentes de curvas de presión-tiempo durante los ciclos de compresión y descompresión, lo que revela la existencia de múltiples vías de congelación y fusión ocultas dentro de la misma región de presión.
Además, la investigación se apoyó en simulaciones por dinámica molecular que ayudaron a confirmar que, bajo ciertas presiones, el agua evoluciona hacia estructuras similares a las del Ice XXI. Esta combinación de experimentación y simulación ofrece una imagen detallada y coherente del fenómeno observado.
¿Qué implicaciones tiene este descubrimiento?
Más allá del interés científico puro, el hallazgo de Ice XXI podría tener consecuencias en campos como la física planetaria o la astrobiología. Las densidades observadas en esta nueva forma de hielo son comparables a las que se espera encontrar en el interior de lunas heladas como Europa (Júpiter) o Encélado (Saturno), donde el agua puede estar sometida a presiones similares bajo capas de hielo y océanos profundos.
Esto significa que Ice XXI podría existir de forma natural en otros mundos, aunque solo durante periodos breves o en zonas concretas. Si se confirma su presencia, se abriría una nueva vía para entender las condiciones que favorecen o dificultan la aparición de vida en ambientes extremos.
Como destaca el propio artículo, “estos hallazgos proporcionan una perspectiva para descubrir más fases metastables de hielo y sus rutas de transición a temperaturas elevadas”. En otras palabras, el Ice XXI no sería un caso aislado, sino parte de una familia más amplia de formas intermedias que solo ahora estamos comenzando a descubrir.
Más allá del agua: nuevas fronteras para la materia
Uno de los aspectos más llamativos de este trabajo es que desafía la idea tradicional de que las transiciones de fase en el agua son simples o lineales. En realidad, lo que los investigadores han mostrado es que existen múltiples caminos posibles, con fases intermedias, reversibles o no, y con estructuras que no se ajustan a los modelos clásicos.
Esta complejidad tiene implicaciones en el desarrollo de materiales avanzados, ya que entender cómo se forman estas estructuras podría permitir diseñar nuevas sustancias con propiedades únicas, estables solo en condiciones extremas. No se trata únicamente de comprender mejor el agua, sino de abrir un campo de estudio para otros líquidos y sólidos que puedan comportarse de forma similar.
La técnica empleada, con compresión dinámica a escala de microsegundos, también puede aplicarse a otros materiales, lo que convierte este avance en un hito metodológico además de conceptual. Es probable que los próximos años vean el descubrimiento de nuevas fases de la materia gracias a este tipo de experimentación extrema.
Referencias
- Yun-Hee Lee, Jin Kyun Kim, Yong-Jae Kim, Minju Kim, Yong Chan Cho, Rachel J. Husband, Cornelius Strohm, Emma Ehrenreich-Petersen, Konstantin Glazyrin, Torsten Laurus, Heinz Graafsma, Robert P. C. Bauer, Felix Lehmkühler, Karen Appel, Zuzana Konôpková, Minxue Tang, Anand Prashant Dwivedi, Jolanta Sztuck-Dambietz, Lisa Randolph, Khachiwan Buakor, Oliver Humphries, Carsten Baehtz, Tobias Eklund, Lisa Katharina Mohrbach, Anshuman Mondal, Hauke Marquardt, Earl Francis O’Bannon, Katrin Amann-Winkel, Choong-Shik Yoo, Ulf Zastrau, Hanns-Peter Liermann, Hiroki Nada y Geun Woo Lee. “Multiple freezing–melting pathways of high-density ice through ice XXI phase at room temperature”, Nature Materials, publicado online el 10 de octubre de 2025. https://doi.org/10.1038/s41563-025-02364-x.
Cortesía de Muy Interesante
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