Per decenni, gli scienziati hanno sospettato una proprietà nascosta nell’acqua: un secondo punto critico a temperature estremamente basse e pressione immensa. Recenti esperimenti hanno ora confermato questo fenomeno da tempo previsto, facendo luce sul motivo per cui l’acqua si comporta in modo così diverso dagli altri liquidi. Questa scoperta, dettagliata nel numero del 26 marzo di Science, non è solo curiosità accademica; spiega molte delle stranezze dell’acqua che sono alla base del suo ruolo vitale nella biologia, nel clima e in innumerevoli processi industriali.
Il secondo punto critico: rivelata una transizione di fase
L’acqua presenta già un noto punto critico alle alte temperature (intorno a 374°C e 218 volte la pressione atmosferica), dove scompare la distinzione tra liquido e gas, creando un fluido supercritico. Questa nuova scoperta individua un secondo punto critico a circa -63°C (210 Kelvin) e una pressione 1.000 volte quella a livello del mare. A questo punto, due fasi distinte di acqua superraffreddata – forme ad alta densità e forme a bassa densità – si fondono in una sola, cancellando le loro differenze.
Gli esperimenti erano impegnativi; l’acqua superraffreddata tende a congelare quasi istantaneamente in queste condizioni. I ricercatori guidati da Anders Nilsson dell’Università di Stoccolma hanno aggirato questo problema sciogliendo rapidamente il ghiaccio amorfo (una struttura molecolare confusa) con laser a infrarossi e quindi analizzando il liquido risultante con laser a raggi X in nanosecondi. Le istantanee scattate hanno rivelato una chiara transizione da due fasi distinte sotto il punto critico, ma nessuna transizione simile nel punto critico, confermandone l’esistenza.
Perché l’acqua è strana: anomalie di densità e capacità termica
L’acqua si distingue tra i liquidi perché non segue le solite regole. La maggior parte dei liquidi diventa più densa man mano che si raffredda, ma l’acqua raggiunge la densità massima a 4°C prima di invertire la rotta: l’acqua più fredda diventa meno densa. Allo stesso modo, la sua capacità termica (la quantità di energia necessaria per riscaldarlo) cambia ad una certa temperatura. Queste anomalie hanno sconcertato gli scienziati per anni.
Il nuovo punto critico fornisce una potenziale spiegazione. Questi comportamenti “flip-flop” suggeriscono la presenza di transizioni di fase sottostanti, ora confermate dagli esperimenti. L’esistenza di due fasi liquide distinte a basse temperature, che si fondono nel punto critico, probabilmente è alla base di queste proprietà insolite.
Un sollievo per i teorici: validazione sperimentale
Per fisici come Nicolas Giovambattista del Brooklyn College, che hanno trascorso anni a simulare il comportamento dell’acqua, vedere la prova sperimentale è una pietra miliare. “È una specie di pace interiore”, dice. Sebbene i risultati siano convincenti, rimangono alcune domande: i ricercatori presumono che il liquido raggiunga l’equilibrio abbastanza rapidamente per consentire misurazioni accurate. Data la velocità dell’esperimento, questa ipotesi necessita di ulteriore convalida.
La conferma del secondo punto critico dell’acqua rappresenta un significativo passo avanti nella comprensione di questa sostanza essenziale. Non solo risolve un dibattito scientifico di lunga data, ma approfondisce anche il nostro apprezzamento per la complessa fisica che governa il comportamento dell’acqua, con implicazioni di vasta portata per campi che vanno dalla scienza dei materiali alla modellistica climatica.
