Esta molécula en estado líquido posee un extraño conjunto de propiedades que los demás compuestos químicos no comparten
ECOticias.
La difusión anormalmente rápida del agua confinada en nanotubos
se debe a la competición entre la formación de enlaces por puentes de
hidrógeno y la disponibilidad de volumen libre para que las moléculas se
reorganicen. Así explican por primera vez científicos de las
universidades de Granada y Barcelona una de las anomalía del agua.
Esta molécula en estado líquido posee un extraño conjunto de
propiedades que los demás compuestos químicos no comparten: hasta un
total de 65 anomalías. Algunas de ellas son conocidas desde hace más de
300 años, como el hecho de que se expanda al enfriase por debajo de 4
grados centígrados.
Ahora los investigadores han descrito a nivel molecular cómo se
difunde el agua líquida a través de nanocanales, una especie de túneles
extremadamente pequeños cuyo diámetro interno es de 1 a 100 nanómetros
(nm, unidad de longitud que equivale a una milmillonésima parte de un
metro y que se emplea en el ámbito de la nanotecnología). Los
científicos utilizan los nanocanales para estudiar el comportamiento de
las moléculas.
Este trabajo podría cambiar en un breve período de tiempo nuestra
manera de entender los procesos de desalinización y filtrado del agua,
procesos que, como acaba de demostrarse, se verán revolucionados,
gracias a la introducción de membranas de grafeno y nanocapas de carbono
en los que el agua se difunde muy rápidamente cuando la sección los
poros es del orden de 1 nm.
Anomalias de tipo dinámico
Muchas de las anomalías del agua son de tipo dinámico, por ejemplo la
causante de que sus moléculas se muevan más deprisa cuanto mayor sea la
densidad, y todas ellas son consecuencia de las propiedades de la red
de enlaces por puente de hidrógeno que forman las moléculas de agua, que
induce la formación de estructuras aproximadamente tetraédricas de
cuatro moléculas alrededor de una central.
No obstante, esta disposición geométrica cambia con la presión y la
temperatura y, hasta la fecha, a pesar de la sencillez de su molécula,
no existía ninguna descripción molecular del agua que describiera todas
sus propiedades conocidas en el estado líquido.
Particularmente confusos son los resultados acerca de la difusión del
agua confinada entre paredes hidrofóbicas. Ni los experimentos ni las
simulaciones por ordenador terminan de aclarar si el confinamiento
favorece o reduce la movilidad de las moléculas, aunque, grosso modo,
parecen indicar que ésta disminuye o aumenta según que la anchura de los
conductos sea inferior o superior a 1 nm.
En un artículo aparecido en la revista Physical Review, los
profesores Francisco de los Santos Fernández (Universidad de Granada) y
Giancarlo Franzese (Universidad de Barcelona) han estudiado mediante
teoría y simulación cómo reacciona el agua cuando se confina a escala
nanométrica entre dos placas hidrofóbicas.
Su trabajo ha demostrado que la difusión anormalmente rápida del agua
nanoconfinada es consecuencia de la competición entre, por un lado, la
disponibilidad de volumen libre para que las moléculas se reorganicen y,
por otro, la rotura y formación de enlaces por puente de hidrógeno.
Cuando el agua se difunde en canales de sección superior a 1 nm, la
difusión macroscópica sólo es posible si hay movimiento cooperativo de
moléculas, con la consiguiente rotura de los enlaces por puente de
hidrógeno en regiones de 1nm. En canales de sección inferior a 1 nm la
difusión se ve facilitada por no tener que romper tantos enlaces. Así,
según han demostrado en este artículo, 1 nm es la escala a la cual los
efectos cooperativos en agua entran en juego y determinan las
propiedades macroscópicas.
Este resultado podría encontrar aplicación en la desalinización y el
filtrado del agua, procesos que, como acaba de demostrarse en dos
artículos publicados en Science, se verán revolucionados por la
introducción de membranas de grafeno y nanocapas de carbono en los que
el agua se difunde muy rápidamente cuando la sección los poros es
precisamente del orden de 1 nm.
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