Noves propietats de lʼaigua confinada a baixes temperatures

En el treball s’ha estudiat una capa d’aigua de prop d’un nanòmetre d’alt, confinada entre dues plaques hidrofòbiques. Posteriorment, s’han afegit nanopartícules hidrofòbiques a la capa d’aigua en posicions a l’atzar amb l’objectiu de generar nanocanals de mides variables.
En el treball s’ha estudiat una capa d’aigua de prop d’un nanòmetre d’alt, confinada entre dues plaques hidrofòbiques. Posteriorment, s’han afegit nanopartícules hidrofòbiques a la capa d’aigua en posicions a l’atzar amb l’objectiu de generar nanocanals de mides variables.
(11/05/2011)

Segons un estudi dirigit per lʼinvestigador Giancarlo Franzese, professor del Departament de Física Fonamental de la UB, i publicat a la revista Physical Review Letters, el nanoconfinament hidrofòbic pot modificar la termodinàmica de lʼaigua a molt baixes temperatures. Aquest resultat pot tenir aplicacions en camps relacionats amb la conservació a temperatures criogèniques, de lʼordre de -100 ºC, com en el cas de la preservació de cèl·lules mare, sang o aliments. En aquest treball, a més del professor Franzese, hi han participat investigadors de la Universitat de Boston i de la Universitat Tècnica de Berlín.

En el treball s’ha estudiat una capa d’aigua de prop d’un nanòmetre d’alt, confinada entre dues plaques hidrofòbiques. Posteriorment, s’han afegit nanopartícules hidrofòbiques a la capa d’aigua en posicions a l’atzar amb l’objectiu de generar nanocanals de mides variables.
En el treball s’ha estudiat una capa d’aigua de prop d’un nanòmetre d’alt, confinada entre dues plaques hidrofòbiques. Posteriorment, s’han afegit nanopartícules hidrofòbiques a la capa d’aigua en posicions a l’atzar amb l’objectiu de generar nanocanals de mides variables.
11/05/2011

Segons un estudi dirigit per lʼinvestigador Giancarlo Franzese, professor del Departament de Física Fonamental de la UB, i publicat a la revista Physical Review Letters, el nanoconfinament hidrofòbic pot modificar la termodinàmica de lʼaigua a molt baixes temperatures. Aquest resultat pot tenir aplicacions en camps relacionats amb la conservació a temperatures criogèniques, de lʼordre de -100 ºC, com en el cas de la preservació de cèl·lules mare, sang o aliments. En aquest treball, a més del professor Franzese, hi han participat investigadors de la Universitat de Boston i de la Universitat Tècnica de Berlín.

Lʼaigua és un fluid amb un comportament atípic. Una dʼaquestes característiques particulars és que la seva capacitat calorífica augmenta quan es refreda, i aquest comportament anòmal ens permet, per exemple, regular la temperatura corporal. A més, quan lʼaigua se subfon ―és a dir, quan es manté en estat líquid encara que la temperatura estigui per sota del punt de congelació―, les anomalies augmenten. Aquest comportament ha alimentat un intens debat científic en els últims vint anys, i ens podria donar la clau per entendre per què lʼaigua és tan diferent de la resta de líquids i per què és tan important per als organismes biològics.

 
Des dʼun punt de vista tècnic, les observacions directes de lʼaigua subfosa són complicades, per la qual cosa els investigadors recorren al nanoconfinament. Mitjançant el mètode Monte Carlo de simulació matemàtica, en aquest treball sʼha estudiat una capa dʼaigua de prop dʼun nanòmetre dʼalt ―equivalent, aproximadament, al diàmetre de tres molècules dʼaigua―, confinada entre dues plaques hidrofòbiques. Posteriorment, sʼhan afegit nanopartícules hidrofòbiques a la capa dʼaigua en posicions a lʼatzar amb lʼobjectiu de generar nanocanals de mides variables.
 
Com a resultat dʼaquest procés, sʼha observat una forta disminució de les fluctuacions termodinàmiques, relacionades amb la compressibilitat, el coeficient dʼexpansió tèrmica i la calor específica. Aquesta disminució té lloc a qualsevol pressió, i amb pressions de lʼordre de 180 MPa arriba a ser gairebé del 99 % per a una concentració de nanopartícules del 25 % en volum. També sʼha determinat que la disminució continua sent gairebé del 90 % per a una concentració deu vegades més baixa.
 
Segons Giancarlo Franzese, aquests resultats impliquen que el comportament termodinàmic de lʼaigua confinada en nanocanals hidrofòbics és molt diferent del comportament de lʼaigua sense confinament, fins i tot en relació amb la possible presència de més dʼuna fase líquida dins dʼaquests rangs de temperatures i pressions.
 
Referència de lʼarticle
Strekalova, Elena G.; Mazza, Marco G.; Stanley, H. Eugene y Franzese, Giancarlo. «Large Decrease of Fluctuations for Supercooled Water in Hydrophobic Nanoconfinement». Physical Review Letters, 2011, vol. 106, 145701.