El cambio estructural del agua en la nanoescala podría explicar sus anomalías macroscópicas, según un estudio teórico

Del agua se conocen cerca de 60 anomalías que podrían tener su origen en el comportamiento a escalas nanométricas.
Del agua se conocen cerca de 60 anomalías que podrían tener su origen en el comportamiento a escalas nanométricas.
Investigación
(25/07/2012)

El agua se caracteriza por ser uno de los fluidos con un comportamiento anómalo. Posiblemente gracias a estas anomalías se ha convertido en una sustancia básica para la vida. En una reciente investigación publicada en Scientífic Reports, revista de acceso abierto del grupo Nature, en la que ha participado el investigador del Departamento de Física Fundamental de la UB Giancarlo Franzese, se ha simulado el comportamiento del agua en condiciones extremas de baja temperatura y de alta presión. Como resultado se han hallado evidencias, en la nanoescala, de que en el agua coexisten dos estados líquidos diferentes en densidad y energía que responden a diferentes configuraciones moleculares y que podrían ser la razón de las anomalías que presenta este fluido.

Del agua se conocen cerca de 60 anomalías que podrían tener su origen en el comportamiento a escalas nanométricas.
Del agua se conocen cerca de 60 anomalías que podrían tener su origen en el comportamiento a escalas nanométricas.
Investigación
25/07/2012

El agua se caracteriza por ser uno de los fluidos con un comportamiento anómalo. Posiblemente gracias a estas anomalías se ha convertido en una sustancia básica para la vida. En una reciente investigación publicada en Scientífic Reports, revista de acceso abierto del grupo Nature, en la que ha participado el investigador del Departamento de Física Fundamental de la UB Giancarlo Franzese, se ha simulado el comportamiento del agua en condiciones extremas de baja temperatura y de alta presión. Como resultado se han hallado evidencias, en la nanoescala, de que en el agua coexisten dos estados líquidos diferentes en densidad y energía que responden a diferentes configuraciones moleculares y que podrían ser la razón de las anomalías que presenta este fluido.

En esta investigación, realizada en colaboración con investigadores de la Escuela Politécnica Federal de Zúrich; de la Universidad de Yeshiva, en Nueva York, y de la Universidad de Boston, las simulaciones, que difícilmente se pueden desarrollar experimentalmente, han mostrado evidencias que en la nanoescala las moléculas de agua tienen muchas maneras de combinarse entre ellas, es decir, muestran diferentes configuraciones que, en condiciones de temperatura y presión adecuadas, cambian de un tipo de configuración a otro en nanosegundos.

Las dos configuraciones detectadas están caracterizadas por diferentes densidades y energías. En la mayor parte de sustancias, se observa que, a menor densidad, mayor energía; por esta razón, al bajar la temperatura, en general la densidad aumenta. Sin embargo, en el caso del agua, la configuración de menor densidad presenta, también, menor energía. Esta propiedad peculiar se manifiesta de manera clara en condiciones extremas, muy cerca del punto en el que el agua forma hielo amorfo, y cuando, según los investigadores, existe una separación entre una fase de agua más ligera y de menor energía y otra fase de agua más pesada y de mayor energía.

Lejos de estas condiciones extremas, estas configuraciones con densidad y energía diferente sobreviven en la nanoescala y compiten entre ellas, fluctuando constantemente y dando lugar, según los investigadores, a las anomalías macroscópicas del agua. Según Franzese, de la Facultad de Física de la UB, vinculada al BKC, «las consecuencias de este fenómeno podrían ser determinantes en los procesos biológicos debido a que las fluctuaciones entre las diferentes configuraciones podrían ser el origen, por ejemplo, de las fluctuaciones que permiten a las proteínas funcionar».

 

Artículo

Tobias A. Kesselring, Giancarlo Franzese, Sergey. V. Buldyrev, Hans Herrmann y H. Eugene Stanley. «Nanoscale dynamics of phase flipping in water near its hypothesized liquid-liquid critical point». Scientific Reports, maig de 2012. DOI:10.1038/srep00474.