Un model teòric unifica els diferents escenaris sobre el comportament de lʼaigua a baixes temperatures
Un estudi teòric sobre el comportament de lʼaigua a temperatures properes als -100 ºC permet concloure que els quatre escenaris que es coneixien fins ara són casos particulars dʼun model teòric més general. El treball, que ha estat publicat per la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), ha estat codirigit per Giancarlo Franzese, professor del Departament de Física Fonamental de la Facultat de Física de la UB i H. Eugene Stanley, director del Center for Polymer Studies de la Universitat de Boston, i hi han participat també Kevin Stokely i Marco G. Mazza de la Universitat de Boston.
Un estudi teòric sobre el comportament de lʼaigua a temperatures properes als -100 ºC permet concloure que els quatre escenaris que es coneixien fins ara són casos particulars dʼun model teòric més general. El treball, que ha estat publicat per la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), ha estat codirigit per Giancarlo Franzese, professor del Departament de Física Fonamental de la Facultat de Física de la UB i H. Eugene Stanley, director del Center for Polymer Studies de la Universitat de Boston, i hi han participat també Kevin Stokely i Marco G. Mazza de la Universitat de Boston.
L’aigua es caracteritza per tenir un comportament altament anòmal, tant des del punt de vista macroscòpic com microscòpic, comparat amb altres fluids. Concretament, pot mantenir-se en estat líquid fins i tot a -92 ºC (a 2 kbar de pressió). Fins ara, per explicar el comportament de l’aigua a aquestes temperatures s’havien proposat quatre escenaris. Tal com explica Franzese, «les quatre interpretacions condueixen a diferents hipòtesis. En particular, es diferencien entre si en relació amb l’existència o no de dues fases líquides distintes, una de densitat menor que l’altre, així com per l’existència o no d’un punt crític».
Les anomalies de l’aigua es deuen principalment a les propietats dels ponts d’hidrogen. Segons s’observa en el model hi ha dues quantitats físiques clau que determinen quin dels quatre escenaris descriu millor l’estat de l’aigua. D’una banda, el valor del component direccional del pont d’hidrogen, i, de l’altra, el valor del component cooperatiu del pont d’h idrogen. Segons Franzese «hem trobat que el balanç entre aquests dos components decideix quin escenari és vàlid. D’altra banda, d’acord amb les estimacions experimentals, es pot concloure que dels quatre escenaris, el correcte és el que suposa un punt crític entre els dos líquids».
L’aigua en estat líquid és la base per a la vida a la Terra, això suposa que afecta nombroses branques científiques que abasten des de la biologia molecular, a la geoquímica. En particular, els resultats d’aquest treball s’apliquen en disciplines més concretes com ara la criogènia, la criobiologia, la crioteràpia o la criopreservació de material orgànic, per exemple de cèl·lules mare, òvuls o espermatozous, com també d’aliments a baixes temperatures. En criopreservació el material orgànic es conserva entre els -80ºC i els -196 ºC, i se sap que per sota dels -53ºC la majoria de proteïnes perden la funcionalitat. Recentment s’ha proposat que això potser es deu a un canvi de la dinàmica de l’aigua, per la qual cosa és important conèixer quin és el comportament molecular de l’aigua a aquestes temperatures.
Article: Effect of hydrogen bond cooperativity on the behavior of water
Kevin Stokely, Marco G. Mazza,H. Eugene Stanley i Giancarlo Franzese
PNAS, 26 de gener de 2010, vol. 107, nº 4, 1301-1306