Hay pocas cosas más importantes para la vida en la tierra que el agua. Domina el paisaje físico, cubriendo gran parte del planeta como océanos. También es un componente importante del cuerpo humano, que comprende, por ejemplo, más del 70% de la masa de un bebé recién nacido.

Sin embargo, a pesar de su omnipresencia, el agua tiene muchas propiedades físicas que aún no son completamente comprendidas por la comunidad científica. Uno de los más desconcertantes se relaciona con la actividad de las moléculas de agua después de que se someten a un proceso llamado "sobreenfriamiento".

Ahora, nuevos hallazgos de la Universidad Roma Tre, en Roma, Italia, sobre las interacciones de las moléculas de agua en estas condiciones exóticas aparecen esta semana en el Revista de física química .

"Normalmente, cuando el agua líquida se enfría por debajo de su punto de congelación, las moléculas de agua se ordenan en orden, estructura cristalina que es hielo, "dijo Paola Gallo, profesor asociado de física en la Universidad Roma Tre. "Con sobreenfriamiento, Se emplean técnicas especiales para enfriar el agua muy rápidamente de tal manera que permanece líquida aunque su temperatura haya bajado muy por debajo de su punto de congelación. Hay una serie de anomalías en la actividad de las moléculas de agua en estas condiciones de sobreenfriamiento que aún no se han explicado completamente ".

Usando una simulación basada en computadora, Gallo y sus colegas arrojaron luz sobre una propiedad termodinámica del agua que ayuda a explicar cómo las moléculas de agua en un estado sobreenfriado interactúan entre sí y con las moléculas de otros materiales.

"Si bien el sobreenfriamiento es un fenómeno importante para estudiar, el desafío es que es muy difícil sobreenfriar el agua en un laboratorio, "dijo Gallo.

En el pasado, Los científicos han intentado abordar este problema mediante el sobreenfriamiento del agua "en confinamiento, "centrar los esfuerzos en estudiar el agua confinada en poros manufacturados que tienen un radio de unos pocos nanómetros (es decir, uno o dos órdenes de magnitud más grande que el diámetro de la molécula de agua). Esto, sin embargo, ha planteado la cuestión de si las propiedades de esta agua confinada difieren de las del agua a granel, donde las moléculas de agua interactúan libremente en grandes volúmenes.

"Esta pregunta ha sido un punto de interés constante en nuestro trabajo, ", dijo Gallo." En estudios anteriores, Hemos demostrado que las interacciones con otras sustancias químicas afectan solo a las moléculas de agua que están muy cerca físicamente de las moléculas de otra sustancia química. como las moléculas que forman la pared del poro. Las moléculas de agua en el centro del poro, el agua libre, retienen muchas de las propiedades del agua a granel ".

"Con este estudio, descubrimos que existen más paralelismos, Gallo también dijo. Específicamente, nuestra simulación muestra que una propiedad de la estructura de la red de moléculas de agua, que se puede medir y verificar experimentalmente, se puede utilizar para determinar los cambios en la entropía del agua, la cantidad termodinámica que mide el desorden en un sistema [...] que puede ofrecer información sobre algunas de las facetas termodinámicas más inusuales de la actividad del agua en este estado sobreenfriado ".

Estos hallazgos crean un marco para que otros físicos experimentales recreen la simulación con muestras físicas en un laboratorio. Para Gallo y sus colegas, su trabajo ofrece una base para una mayor investigación de las relaciones entre las características termodinámicas del agua confinada y a granel.

"El agua es el líquido más importante que tenemos en la tierra, ", explicó Gallo." Cualquier conocimiento que los investigadores puedan descubrir sobre sus propiedades puede hacer avanzar no solo nuestra comprensión colectiva de la física, pero también de biología y química, y abrir nuevas posibilidades para integrar este conocimiento en diferentes aplicaciones tecnológicas ".