La scoperta dell’acqua congelata

Uno studio condotto dagli scienziati del Weizmann Institute of Science di Rehovot (Israele), e pubblicato su Science, mostra che l’acqua può congelare a temperature diverse in base alla carica elettrica della superficie con cui è in contatto. E che, in determinate condizioni, può gelarsi persino se viene riscaldata.

Alla pressione atmosferica standard, l’acqua congela a zero gradi Celsius, formando cristalli di ghiaccio attorno a un granello di polvere o altre impurità. Per decenni, gli scienziati hanno sospettato che i campi elettrici potessero attivare il congelamento dell’acqua, un fenomeno noto col nome di elettrocongelamento: le molecole d’acqua hanno una leggera carica positiva su un lato e una negativa sull’altro, pertanto un campo elettrico le allineerebbe in base alla loro carica. Ma gli esperimenti non hanno mai dato risultati perché i materiali metallici impiegati per contenere l’acqua innescano la cristallizzazione ed è impossibile distinguere il contributo del metallo da quello della carica elettrica.

I ricercatori israeliani hanno risolto il dilemma utilizzando dei materiali piroelettrici (che formano un effimero campo elettrico quando vengono riscaldati o raffreddati) non metallici. In questo modo hanno potuto esaminare solo gli effetti elettrici. Gli scienziati hanno posto in una stanza umida dei cristalli di tantalato di litio (LiTaO3) e altri di titanato di stronzio (SrTiO3), ciascuno dei quali è stato collocato all’interno di un cilindro di rame. Due di essi sono stati rivestiti con cromo per condurre la carica elettrica, e gli altri due con un ossido di alluminio per mantenere la superficie non carica. In seguito hanno raffreddato la camera fino a che sulla superficie si sono formate delle gocce d’acqua e poi hanno abbassato ulteriormente la temperatura fino a quando le goccioline si sono congelate.

I risultati hanno mostrato che, in mancanza di campo elettrico, le goccioline d’acqua congelavano a una media di -12,5 gradi. Se la superficie era caricata negativamente però, il punto di congelamento era di -18, mentre se la superficie era caricata positivamente le goccioline congelavano a -7. I ricercatori hanno anche scoperto che potevano congelare l’acqua surriscaldandola. Con la superficie di un cristallo di LiTaO3 caricata negativamente, l’acqua è stata mantenuta liquida fino a -11 gradi per circa dieci minuti; dopo che la carica si è dissipata la temperatura è stata aumentata per indurre una carica positiva sulla superficie, e l’acqua si è congelata a -8 gradi.

“Siamo molto sorpresi da questo risultato”, ha commentato Igor Lubomirsky, coautore dello studio, “vuol dire che controllando la carica della superficie, positiva o negativa che sia, è possibile sia frenare la formazione di ghiaccio che accelerarla”. Nonostante siano necessarie ulteriori indagini per comprendere bene il fenomeno, il team ha già depositato un brevetto che potrebbe avere applicazioni concrete nel congelamento criogenico di tessuti e di sangue o nella creazione di nuvole artificiali. (a.o.)

Riferimenti: Science DOI: 10.1126/science.1178085