Per generazioni, la nostra esperienza con il ghiaccio è stata limitata alla sua forma più comune, il ghiaccio esagonale (Ih), del tipo che raffredda le bevande e rende insidiose le strade invernali. Ma gli scienziati stanno infrangendo questi confini familiari, creando oltre 20 esotiche strutture cristalline di ghiaccio che esistono solo a pressioni e temperature estreme. Queste forme, difficilmente riscontrabili nella vita di tutti i giorni, rivelano la sorprendente complessità nascosta nella molecola più semplice sulla Terra: H₂O.
Il mondo dell’acqua sorprendentemente complesso
Al centro di tutte le varietà di ghiaccio c’è la stessa molecola d’acqua, costituita da un atomo di ossigeno legato a due atomi di idrogeno con un angolo di 104,5 gradi. Ciò che cambia tra le diverse forme di ghiaccio non è la molecola, ma il modo in cui queste molecole interagiscono attraverso deboli legami idrogeno. Questi legami, eccezionalmente sensibili alla temperatura e alla pressione, dettano la disposizione nelle strutture cristalline.
Queste disposizioni possono variare dal prisma esagonale del comune ghiaccio ai reticoli cubici, romboedrici e tetragonali, tutti dettati dal comportamento di quei legami idrogeno. Questa sensibilità conferisce all’acqua quello che i ricercatori chiamano “comportamento quantistico”, il che significa che piccoli cambiamenti nelle condizioni possono forzare le molecole in relazioni radicalmente diverse.
Come gli scienziati creano il ghiaccio esotico
Per sbloccare queste forme nascoste, gli scienziati utilizzano condizioni estreme. Ciò include l’applicazione di pressioni fino a 3.000 volte la pressione atmosferica o il raffreddamento dell’acqua a -330 ° F (-200 ° C) con additivi come l’idrossido di potassio, a volte per settimane alla volta.
L’ultima scoperta, pubblicata su Nature Materials, è Ice XXI, una struttura cristallina fugace e a blocchi formata sotto un’intensa compressione. I ricercatori hanno osservato questa forma transitoria utilizzando un laser a elettroni liberi a raggi X, essenzialmente una fotocamera ad alta velocità in grado di catturare fenomeni che esistono per semplici istanti.
“Osservare le cose a un ritmo molto, molto veloce ci permette di osservare fenomeni strani e meravigliosi”, spiega Ashkan Salamat, chimico fisico dell’Università del Nevada, Las Vegas.
Oltre la Terra: dove potrebbero esistere ghiacci esotici
Sebbene queste esotiche strutture di ghiaccio non siano presenti in natura sulla Terra, potrebbero essere presenti all’interno di pianeti o lune distanti. Nelle profondità di Nettuno, o intrappolate nelle lune ghiacciate, le pressioni e le temperature potrebbero consentire la formazione di queste strutture.
Per ora, tuttavia, il laboratorio rimane la frontiera principale della scoperta. Come sottolinea Salamat, “Ci sono ancora cose nuove ed entusiasmanti che possiamo scoprire”. Questa ricerca amplia la nostra comprensione della materia in condizioni estreme e suggerisce il potenziale per forme di ghiaccio ancora più strane ancora da trovare.
La ricerca del ghiaccio esotico non è solo un esercizio accademico. Rivela le proprietà fondamentali dell’acqua e della materia stessa, spingendo i confini di ciò che credevamo possibile nella molecola più semplice ma cruciale dell’universo.
