Por primera vez, los físicos han observado una propiedad cuántica que hace que el agua sea tan única

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Carlos Laforet Coll
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Los investigadores "vieron" cómo las moléculas de agua se acercan unas a otras, "enmarcando" el enlace de hidrógeno

Está a punto de acabar atropellado, su madre lo salva

El agua, el líquido más común, el que nos hace vivir, es también el más "extraño" del Universo. Un grupo de investigación del SLAC National Accelerator Laboratory, de la Universidad de Stanford (EEUU) y de la Universidad de Estocolmo (Suecia) ha "visto" por primera vez cómo las moléculas de agua se acercan unas a otras, consiguiendo enmarcar el fascinante mecanismo de enlaces de hidrógeno.





El agua es una molécula formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno (H2O) y debido a su particular estructura forma enlaces molécula-molécula muy fuertes, mucho más fuertes que otros enlaces entre moléculas de diferente tipo, llamados 'enlaces de hidrógeno'. Estos átomos de hecho "puentean" creando una densa red de moléculas cuando el agua está en estado líquido. Este mecanismo, a nivel microscópico, se debe a la diferente densidad electrónica del oxígeno y del hidrógeno.

De hecho, el oxígeno es el segundo elemento más electronegativo del sistema periódico, es decir, tiene una capacidad muy alta para atraer electrones hacia sí mismo. Por el contrario, el hidrógeno tiene una "fuerza de atracción" mucho menor y por lo tanto se forma una especie de "desequilibrio" en la molécula de agua de modo que sólo un H2O, aunque sea neutro, es un imán con polo positivo (los átomos de hidrógeno) y uno negativo (el átomo de oxígeno). De hecho, técnicamente se dice que el agua es una Molécula polar. La red está pues formada por las atracciones parte positiva-parte negativa.

Y -parece increíble decirlo- pero es esta estructura la que lo tiene generar y asegurar la vida en la Tierra. De hecho, cuando el agua se vuelve sólida, por lo tanto se forma hielo, las moléculas tienen mucha menos libertad para moverse, pero para mantener el enlace de hidrógeno un poco "vivo" se alejan, haciendo que el sistema aumente de volumen.

Por eso el hielo flota en el agua, teniendo una menor densidad, y por eso la vida acuática ha podido desarrollarse y evolucionar. Pero lo más increíble es que este comportamiento es realmente único en su género, porque normalmente los sólidos están más "concentrados" y por lo tanto más densos (cuidado, eso sí, de poner botellas de agua en el congelador, porque este extraordinario comportamiento del agua provoca incluso explotar el vaso si el agua del interior se congela).



Hoy los investigadores han "visto" todo esto, que en realidad es un fenómeno cuántico. En particular, hicieron la primera observación directa de cómo los átomos de hidrógeno en las moléculas de agua atraen y empujan a los vecinos cuando son excitados por la luz láser.

© Universidad de Stanford

Estos hallazgos revelan efectos que podrían ser la base de aspectos clave del origen microscópico del agua y podrían conducir a una mejor comprensión de cómo ayuda a las proteínas a realizar sus funciones en los organismos vivos.

Aunque ya se ha especulado como este llamado efecto cuántico nuclear está en el centro de muchas de las extrañas propiedades del agua, este experimento marca la primera vez que esto se observa directamente - comenta Anders Nilsson, coautor del trabajo - Ahora nos preguntamos si este efecto cuántico podría ser elenlace perdido en modelos teóricos que describen las propiedades anómalas del agua.

Experimentalmente, el equipo creó chorros de agua líquida de 100 nanómetros de espesor (alrededor de 1.000 veces más delgados que el ancho de un cabello humano) e hizo vibrar las moléculas de agua con luz láser infrarroja. Luego hizo estallar las moléculas con pulsos cortos de electrones de alta energía.

Esto generó instantáneas de alta resolución de la estructura atómica cambiante de las moléculas que, juntas, crearon una película que cuenta cómo respondió la red a la luz. la pelicula de la vida.

El trabajo fue publicado en Nature.


Fuentes de referencia: Universidad de Stanford / Nature


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