El agua es extraña y, sin embargo, muy importante. De hecho, es una de las moléculas más inusuales de la Tierra. Hierve a una temperatura que no debería. Se expande y flota cuando está en estado sólido. Su tensión superficial es más alta de lo que debería ser. Ahora, nueva investigación publicada en la revista Naturaleza ha agregado otra propiedad igualmente extraña a la lista de rarezas del agua. Las implicaciones de esta nueva revelación podrían tener un impacto notable en todos los procesos relacionados con el agua, desde la purificación del agua hasta la fabricación de medicamentos.

Stephen Cronin, profesor de ingeniería eléctrica e informática en la USC Viterbi, y Alexander Benderskii, profesor asociado de química en el Dornsife College of Letters de la USC, Artes y Ciencias, han demostrado que cuando el agua entra en contacto con la superficie de un electrodo, todas sus moléculas no responden de la misma manera. Esto puede afectar drásticamente qué tan bien se pueden disolver varias sustancias en el agua sujeta a un campo eléctrico, que a su vez, puede determinar cómo ocurrirá una reacción química. Y las reacciones químicas son un componente necesario en cómo hacemos ... todo.

Es apropiado que este trabajo pionero provenga de una investigación interdisciplinaria entre un químico y un ingeniero eléctrico. Después de todo, La química es fundamentalmente un estudio de electrones, y las reacciones químicas son las que hacen los materiales sobre los que se construye nuestro mundo moderno. Cada investigador aportó un componente importante al trabajo. En este caso, un electrodo revolucionario del ingeniero, Cronin, y una técnica avanzada de espectroscopia láser del químico, Benderskii. Por último, fue la combinación de estos dos diseños lo que condujo al avance observado.

Primero, Cronin diseñó un electrodo único construido a partir de grafeno monocapa (solo 0,355 nm de grosor). Construir electrodos de grafeno en sí mismo es un proceso muy complejo. De hecho, el electrodo necesario para esta investigación en particular es uno que los grupos de investigación de todo el mundo han intentado y no han podido hacer en el pasado. "Alex y yo habíamos estado luchando por un tiempo para lograr esto y tuvimos que cambiar nuestro diseño muchas veces. Es gratificante y emocionante ver finalmente los resultados de nuestro trabajo, "Dijo Cronin.

Una vez que el electrodo se coloca en una celda de agua y comienza a correr una corriente, La técnica de Benderskii entra en juego. Utiliza un método especial de espectroscopía láser que solo un puñado de otros grupos de investigación ha sido capaz de reproducir. "Utilizando nuestro enfoque para observar las moléculas de agua por primera vez en las condiciones de nuestros experimentos, pudimos ver cómo las moléculas interactuaban con el campo de una manera que nadie había entendido previamente, "Dijo Benderskii.

Lo que los dos encontraron fue que la capa superior de moléculas de agua más cercana al electrodo se alinea de una manera completamente diferente al resto de moléculas de agua. Esta realización fue inesperada. Pero puede abrir el camino para ejecutar simulaciones más precisas de cómo las reacciones químicas acuosas en varios campos afectan los materiales con los que trabajan. Un área en particular donde esta investigación podría tener un impacto inmediato es la provisión de agua limpia. "De hecho, el agua en contacto con el grafeno se está proponiendo como una nueva tecnología en la desalinización, ", Dijo Cronin." Nuestra investigación podría ayudar a los científicos a diseñar mejores simulaciones que, en última instancia, traerán a las personas agua limpia desalinizada más rápido, más económico, y más limpio ".

Benderskii y Cronin no planean terminar pronto su colaboración de investigación de larga data. Ahora que han identificado esta nueva calidad del agua, planean profundizar más. "Nuestra investigación publicada trata sobre cómo el agua responde colectivamente a una corriente. A continuación, estamos tratando de entender cómo funciona esta respuesta a nivel molecular individual, "Dijo Benderskii.