El Nuevo Misterio Del Agua

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Los científicos de repente no entienden la estructura de esta sustancia básica.

Con los investigadores decodificando el ADN y rompiendo los átomos abiertos, podría asumir que la ciencia del agua cotidiana, la sustancia más básica de la vida, es bien entendida. Pero los experimentos recientes que investigan cómo las moléculas de agua se unen entre sí han dado resultados contradictorios.

Los científicos ahora admiten que no entienden las complejidades de cómo funciona el agua.

"La estructura del agua, la razón de sus propiedades peculiares, es una cuestión importante en química y física", dijo Richard Saykally de la Universidad de California en Berkeley.

Estudios conflictivos

El abril pasado, en abril, el equipo de científicos liderado por Anders Nilsson del Centro del Acelerador Lineal de Stanford presentó evidencia de que el agua está más ligada de lo que se creía.

La respuesta no ha sido tan acogedora. "Mucha gente tiene una opinión muy fuerte sobre el agua", dijo Nilsson en una entrevista telefónica.

En una conferencia reciente sobre el agua, algunos de los asistentes se quedaron despiertos toda la noche debatiendo estos resultados. Saykally fue uno de ellos. Él llama a los resultados del grupo de Nilsson una revisión drástica de cómo se entiende el agua.

"Si tienen razón, van a ganar un Premio Nobel", dijo Saykally. WordsSideKick.com.

Pero él no cree que tengan razón. En la edición del 29 de octubre de la revista. Ciencia, Saykally y sus colaboradores publicaron resultados que contradicen los hallazgos de los revisionistas.

Falta de entendimiendo

El agua constituye el 70 por ciento de la superficie de la Tierra y es el componente principal, alrededor del 80 por ciento, de todos los seres vivos. Pero está lejos de ser ordinario.

Cosas extrañas

Propiedades únicas del agua:

La forma sólida flota sobre la forma líquida. Esta propiedad también explica por qué las tuberías de agua se rompen cuando se congelan, algo opuesto a casi cualquier otra sustancia simple. Los termómetros de mercurio, por ejemplo, no explotan cuando la temperatura desciende por debajo del punto de congelación del mercurio.

Las temperaturas a las que el agua hierve y se congela son más altas que otras moléculas de tamaño similar.

El agua tiene una gran capacidad calorífica; Puede absorber mucho calor sin que la temperatura aumente demasiado. Esto lo convierte en un refrigerante especialmente bueno para el radiador de un automóvil, y es la razón principal por la que las temperaturas son moderadas para las comunidades costeras, ya que el océano es lento para enfriarse o calentarse.

La alta tensión superficial del agua, su tendencia a luchar para separarse, explica por qué forma gotitas y por qué sube por los lados de una pajilla. También puede jugar un papel en la forma en que el zancudo camina sobre el agua.

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La forma sólida de agua, hielo, flota en lugar de hundirse, como ocurre con la mayoría de las sustancias. Las reservas de agua calientan muy bien. Y su alta tensión superficial muestra cómo sus moléculas odian que se deshaga. Comprender las peculiaridades del agua requiere un estudio detallado de sus interacciones moleculares.

"Creemos que entendemos todo lo que hay sobre una sola molécula de agua", dijo Saykally. "Lo que no entendemos tan bien es cómo interactúan entre sí".

Una sola molécula de agua parece una letra V, con un átomo de oxígeno en el punto inferior y dos átomos de hidrógeno en la parte superior. Estos átomos comparten algunos de sus electrones cargados negativamente, formando una fuerte conexión llamada enlace covalente.

El átomo de oxígeno toma más de los electrones compartidos, lo que lo hace ligeramente negativo, dejando los extremos de hidrógeno ligeramente positivos. Este pequeño cambio en la carga es lo que atrae a las moléculas de agua entre sí.

Saykally describe cada molécula de agua como teniendo manos y pies. Las manos son los átomos de hidrógeno cargados positivamente, mientras que los pies cuelgan del lado negativo del oxígeno.

"Las manos no pueden agarrar las manos y los pies no pueden agarrar los pies", dijo Saykally, pero las manos pueden agarrarse a los pies, en lo que se llama un enlace de hidrógeno.

Los enlaces de hidrógeno son 10 veces más débiles que los enlaces covalentes, pero son la clave de los misterios del agua.

Rompiendo los lazos

En el hielo, cada molécula agarra los pies y las manos de sus cuatro vecinos más cercanos. La colocación de estos vecinos forma un tetraedro, o pirámide de tres lados.

Cuando el hielo se derrite, la gran pregunta es qué sucede con esta forma. La imagen tradicional, la que defiende Saykally, es que el agua sigue buscando, en su mayor parte, como hielo con cuatro enlaces de hidrógeno alrededor de cada molécula. La diferencia en la forma líquida es que, en un momento dado, aproximadamente el 10 por ciento de los enlaces de hidrógeno se rompen.

El grupo de Nilsson, en contraste, afirma que el agua adquiere una nueva estructura, en la cual una molécula esencialmente se adhiere a solo dos de sus vecinos, con una sola mano y un pie. A temperatura ambiente, el 80 por ciento de las moléculas de agua se encuentran en este estado, mientras que el resto tiene los cuatro enlaces de hidrógeno tradicionales.

La implicación de este nuevo modelo de dos enlaces es que el agua líquida estaría compuesta principalmente de cadenas y tal vez anillos cerrados, en oposición a la red más estrecha de tetraedros.

Detrás de la polémica.

Los dos grupos basan sus imágenes separadas en diferentes interpretaciones de datos de rayos X. Cuando un rayo X golpea una molécula de agua, golpea un electrón fuertemente unido al borde de la molécula. Es similar a expulsar al planeta Mercurio a la órbita de Plutón.

Los físicos midieron esta energía knockout, que depende del entorno de la molécula de agua. En cierto sentido, la órbita de Plutón del electrón actúa como un microscopio que los investigadores usan para ver qué tipo de enlaces ha hecho una molécula con sus vecinos.

Sin embargo, interpretar los datos de este microscopio no es fácil. El grupo de Nilsson utilizó simulaciones por computadora, que verificaron mediante pruebas en sustancias más simples, como el hielo. Cuando observaron sus mediciones de agua, encontraron que la computadora se ajustaba mejor con la estructura más flexible y de dos enlaces.

Pero Saykally no cree que las simulaciones puedan trasladarse al agua líquida.

El grupo de Saykally evitó la necesidad de modelos de computadora midiendo cómo la temperatura del agua afectaba las mediciones de rayos X. A temperaturas más altas, los enlaces se doblarán y estirarán, y el microscopio debería poder ver eso.

Nilsson, a su vez, no encuentra convincente el método de Saykally. "Hay muchos supuestos en su análisis", dijo Nilsson. También cree que las mediciones de temperatura realizadas por el equipo de Saykally pueden estar equivocadas al compararlo con los datos de su propio grupo.

Nilsson y Saykally no son solo científicos que discuten un punto. También son amigos. Y hay algo en lo que están de acuerdo: "El debate muestra que no entendemos muy bien el agua, al menos a escala microscópica", dijo Nilsson.

Saykally no pudo pensar en un experimento que resuelva el desacuerdo en el corto plazo. "El problema se desarrollará por un tiempo", dijo. También espera que él y su amigo puedan reunirse pronto con una cerveza y disfrutar de algunas de las peculiaridades de esa sustancia acuosa, al tiempo que discuten el asunto.


Suplemento De Vídeo: Resolviendo el misterio del AGUA DE CALZÓN.




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