¿Sabes por qué resbala el hielo? CORDIS te lo aclara

Tanto si se desliza con suavidad por una pista de hielo como silo hace torpemente por un sendero, la superficie sin fricción que ofrece el hielo puede ser sorprendente.

No obstante, qué hace que el hielo sea así sigue siendo un misterio. «La formación de hielo es un proceso muy complejo y no existe un consenso definitivo sobre lo que realmente pasa en él», declara Ras, catedrático de Física de la Materia Blanda en la Universidad Aalto (Finlandia). «Suceden muchas cosas, desde a escala microscópica hasta a escala macroscópica, y cada una de ellas requiere un equipo de estudio especializado».

Conocer las propiedades del hielo no es suficiente, debido al factor de confusión de la capacidad de transformación única del agua, que cambia entre sólido, líquido y gas. Además, el agua se comporta de forma extraña: a diferencia de la mayoría de los líquidos, se expande a medida que se congela, una propiedad que permite que el agua sólida, desde icebergs hasta cubitos de hielo, flote en agua líquida.

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Para entender el hielo, primero debemos aclarar algunas ideas erróneas. La mayoría recordamos haber estudiado en la escuela que el agua se congela en su punto de fusión, a cero grados centígrados. Según Ras, esto no es así.

«Podemos echar agua líquida pura en una botella de plástico, meterla en el congelador, sacarla unos días después y verterla, porque el agua puede permanecer líquida a temperaturas de hasta –35 °C, un estado denominado superenfriado», explica Ras.

La razón es que el hielo necesita puntos de nucleación para formarse, es decir, partículas diminutas como minerales, suciedad o una superficie rugosa en la pared del contenedor. «Todo el que haya bebido alguna vez una cerveza Duvel de un vaso de cerveza Duvel sabrá que, en el fondo del vaso, se forman burbujas como las que se elevan desde los respiraderos de las profundidades marinas. Esto sucede gracias a la nucleación en la superficie rugosa del vidrio grabado», afirma Ras.

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Enfrentarse a la interfaz

El siguiente punto que hay que destacar es que solo se puede decir que una superficie es resbaladiza cuando algo entra en contacto con ella. Parece que, en lugar de convertirse en víctima del resbalamiento, en realidad lo que lo causa es esta interfaz.

Hasta hace poco, no se había descrito en detalle el mecanismo responsable: la fricción generada por el contacto entre una bota y un trozo de hielo crea una capa delgada y resbaladiza de agua interfacial sobre el hielo. Más viscosa que el agua normal y con un grosor cien veces menor que el de un pelo, sus propiedades de fricción están entre las de un líquido y un sólido.

Otra investigación ha descubierto que las moléculas de agua en esta interfaz están débilmente unidas en comparación con el hielo, por lo que pueden moverse con libertad, de una manera parecida a como lo hacen los gases. «Las moléculas de agua parecen funcionar de forma similar a los rodamientos de bolas, lo que permite que las cosas se desplacen por la superficie del hielo con facilidad, a veces con demasiada facilidad», expone Ras.

El tercer ingrediente clave del resbalamiento es la velocidad. Cuando el objeto que viaja sobre el hielo lo hace a gran velocidad, la fricción y la presión de la interfaz generan más calor, lo que acelera la producción de agua interfacial. Sin esto, el patinaje sobre hielo sería mucho menos… fluido.

Aprovechar el resbalamiento

El resbalamiento del hielo inspiró el proyecto SuperRepel de Ras, que contó con el respaldo del Consejo Europeo de Investigación.

Su equipo desarrolló un recubrimiento de superficies para repeler diversas sustancias, desde polvo hasta nieve. «Una vez tratadas con nuestro recubrimiento, que hoy día es el hidrorrepelente más duradero que existe, las superficies hidrofóbicas resultantes serán más fáciles de mantener secas, limpias y sin bacterias», añade Ras.

El equipo ha recibido el Premio de Investigación Anton Paar por su metodología. En la actualidad, están explorando una gama de posibles aplicaciones, desde en los álabes de las turbinas eólicas hasta en los esquís y los materiales de envasado.

«Hemos llegado hasta aquí gracias a nuestro interés por cómo se comportan las gotas de agua. Esto nos ha dado los conocimientos necesarios para observar más de cerca el hielo y otros fenómenos como el empañamiento, que podrían beneficiar a diversas industrias, desde la aeroespacial hasta la automotriz», señala Ras.

Mejor para todos a la hora de protegernos del frío. Ahora que se acerca el invierno, esperemos que se ponga las pilas.