El feldespato es un mineral ubicuo y constituye aproximadamente la mitad de la corteza terrestre. En la atmósfera terrestre, los feldespatos desempeñan un papel sorprendentemente importante. El polvo fino transportado por el aire influye en la formación de nubes. Las moléculas de agua se adhieren mejor al polvo de feldespato que a otras partículas. Los pequeños granos de feldespato, que flotan en la atmósfera, se convierten así en excelentes semillas de nucleación, donde las moléculas de agua se pegan y se congelan, formando finalmente una nube.
No está claro por qué el feldespato tiene esta notable capacidad para unir agua de manera eficiente y permitir la formación de nubes. Utilizando un microscopio de fuerza atómica altamente sensible, investigadores de TU Wien han demostrado que la geometría única de la superficie del feldespato proporciona el punto de anclaje perfecto para los grupos OH de hidrógeno y oxígeno y, posteriormente, para el agua.
El estudio se publica en The Journal of Physical Chemistry Letters .
"Los investigadores estaban considerando varias ideas sobre por qué el feldespato es una semilla de nucleación tan efectiva", dice la profesora Ulrike Diebold del Instituto de Física Aplicada de la Universidad Técnica de Viena, quien dirigió el proyecto. "Podría deberse a los átomos de potasio contenidos en el feldespato, o quizás a ciertos defectos en su estructura cristalina."
Para averiguarlo, los investigadores de TU utilizaron un microscopio de fuerza atómica sensible. En este microscopio, la superficie del cristal se escanea punto por punto con una punta fina. La fuerza entre la punta y la superficie produce una imagen de alta resolución, donde se puede determinar con precisión la posición de cada átomo.
"Colocamos un trozo de feldespato en la cámara de vacío del microscopio y lo dividimos por la mitad para obtener una superficie impecable y limpia", dice Giada Franceschi, el primer autor del estudio. "Los resultados nos dejaron perplejos:las imágenes de la superficie parecían diferentes de lo que las teorías comunes habían predicho."
La causa se descubrió rápidamente:las culpables eran pequeñas inclusiones de agua en la roca. Cuando la piedra se rompe, se libera un poco de vapor de agua. Este vapor se adhiere a la superficie recién dividida y las moléculas de agua se rompen formando grupos hidroxilo (OH). "Bajo el microscopio no se ve la superficie del feldespato en sí, sino una superficie cubierta de grupos hidroxilo", explica Giada Franceschi. "En la naturaleza, la superficie del feldespato también está cubierta por una capa de hidroxilo".
Debido a la geometría del cristal de feldespato, estos grupos hidroxilo están colocados de una manera que los convierte en puntos de anclaje ideales para las moléculas de agua. Las moléculas de agua pueden acoplarse a los grupos hidroxilo como bloques de construcción que encajan entre sí con precisión. Así, la capa de hidroxilo forma la conexión perfecta entre el feldespato y el agua que se adhiere en forma de hielo. "La unión se establece muy fácil y rápidamente y además es muy estable", afirma Ulrike Diebold. "Para eliminar la capa de hidroxilo del feldespato, habría que calentarlo a altas temperaturas". Las simulaciones por computadora también respaldan este hallazgo.
Los resultados proporcionan una idea de por qué cristales específicos de nuestra atmósfera son particularmente adecuados como semillas de nucleación formadoras de nubes. Especialmente ante el cambio climático, es importante comprender mejor la física de la formación de nubes. Y a veces, como muestra el proyecto de investigación de la Universidad Técnica de Viena, hay que profundizar en el mundo de los átomos.
Más información: Giada Franceschi et al, Cómo se une el agua a la microclina feldespato (001), The Journal of Physical Chemistry Letters (2023). DOI:10.1021/acs.jpclett.3c03235
Información de la revista: Revista de cartas de química física
Proporcionado por la Universidad Tecnológica de Viena
