Un equipo de investigación internacional ha obtenido nuevos conocimientos sobre cómo interactúan las moléculas de agua. Un láser con un brillo especialmente alto, como está disponible en el laboratorio FELIX en la Universidad de Radboud, fue necesario para los experimentos. Sus hallazgos ayudan a comprender mejor las extrañas propiedades del agua y se publican en Angewandte Chemie .

Aunque el agua es omnipresente, la interacción entre las moléculas de agua individuales aún no se comprende completamente. Por primera vez, los investigadores pudieron observar completamente todos los movimientos entre las moléculas de agua, conocidas como vibraciones intermoleculares. Un cierto movimiento de moléculas de agua individuales entre sí, llamadas rotaciones obstaculizadas, es particularmente importante.

Interacciones desconocidas

El agua es el solvente más importante en química y biología y posee una variedad de propiedades extrañas, por ejemplo, alcanza su densidad más alta a los cuatro grados centígrados. Esto se debe a las interacciones especiales entre las moléculas de agua. "Describir estas interacciones ha supuesto un desafío para la investigación durante décadas, "dice Martina Havenith de Ruhr-Universität Bochum.

Experimentos a temperaturas extremadamente bajas

El equipo investigó la interacción más simple imaginable, es decir, precisamente entre dos moléculas de agua individuales, utilizando espectroscopia de terahercios. Los investigadores envían pulsos cortos de radiación en el rango de terahercios a través de la muestra, que absorbe parte de la radiación. El patrón de absorción revela información sobre las interacciones atractivas entre las moléculas. Un láser con un brillo especialmente alto, como está disponible en el laboratorio FELIX de la Universidad de Radboud, fue necesario para los experimentos.

Los investigadores analizaron las moléculas de agua a temperaturas extremadamente bajas. Para hacer esto, almacenaron sucesivamente moléculas de agua individuales en una pequeña gota de helio superfluido, que es tan frío como 0.4 Kelvin (o -272.75 grados Celsius). Las gotas funcionan como una aspiradora que captura moléculas de agua individuales. Debido a la baja temperatura, se produce un enlace estable entre dos moléculas de agua, que no sería estable a temperatura ambiente.

Esta configuración experimental permitió al grupo registrar un espectro de las rotaciones obstaculizadas de dos moléculas de agua por primera vez. "Las moléculas de agua se mueven constantemente, "explica Martina Havenith." Ellos rotan, abrir y cerrar ". Sin embargo, una molécula de agua que tiene una segunda molécula de agua en su vecindad no puede rotar libremente; por eso se la conoce como rotación obstaculizada.

Un mapa energético multidimensional

La interacción de las moléculas de agua también se puede representar en forma de lo que se conoce como potencial hídrico. "Este es un tipo de mapa multidimensional que observa cómo cambia la energía de las moléculas de agua cuando cambian las distancias o los ángulos entre las moléculas, "explica Martina Havenith. Todas las propiedades, como la densidad, conductividad o temperatura de evaporación, puede derivarse del potencial hídrico. "Nuestras mediciones ahora permiten la mejor prueba posible de todos los potenciales desarrollados hasta la fecha, "dice el investigador.