Los químicos de Ruhr-Universität Bochum han rastreado con una resolución espacial sin precedentes cómo las moléculas de agua individuales se unen a una molécula orgánica. Utilizaron microscopía de túnel de barrido a baja temperatura para visualizar los procesos a una escala inferior a un nanómetro. Esto les permitió investigar los fenómenos de hidrofilicidad e hidrofobicidad a nivel molecular, es decir, por qué ciertas partes de moléculas orgánicas atraen o repelen el agua.

"Los resultados son un paso importante en el camino hacia la comprensión de los procesos de solvatación, es decir, cómo se disuelven las sustancias en el agua, "explica Karsten Lucht de la Cátedra Bochum de Química Física I. Informa de los resultados con el equipo dirigido por la Prof. Dra. Karina Morgenstern y sus colegas de la Cátedra de Química Orgánica II en la revista. Angewandte Chemie . Los científicos cooperan en el clúster de excelencia Ruhr Explores Solvation, o Resolv para abreviar.

El objetivo del grupo es comprender cómo los solventes afectan las reacciones en solución y el uso de solventes para controlar las reacciones.

Seguimiento de la acumulación de agua paso a paso

Como molécula orgánica, los investigadores utilizaron un tinte azo que consta de dos anillos de carbono con grupos funcionales unidos que son polares, es decir, con carga levemente positiva o negativa. Depositaron las moléculas en un monocristal de oro y enfriaron el sistema a seis Kelvin. Luego agregaron moléculas de agua individuales paso a paso y observaron dónde se unían al tinte.

Las primeras moléculas de agua prefirieron unirse a los grupos funcionales polares. Cuando los investigadores aumentaron la cantidad de agua, las moléculas recién agregadas se unieron a las moléculas de agua que ya estaban unidas. "Nuestros experimentos muestran que la hidrofilia y la hidrofobicidad se remontan al nivel molecular, "dice Karina Morgenstern. Las moléculas de agua evitaron áreas no polares de la molécula, se prefirieron las zonas polares.

Tres procedimientos complementarios

Los procesos que se observaron aquí con microscopía de túnel de barrido generalmente se investigan espectroscópicamente o con simulaciones de dinámica molecular. Sin embargo, el primer método no proporciona información espacial, y este último se basa en supuestos debido al tamaño del sistema. "Cada método tiene su valor, "explica Karsten Lucht." Los tres enfoques se complementan ".