Un enfoque novedoso para estudiar la viscosidad del agua ha revelado nuevos conocimientos sobre el comportamiento de las moléculas de agua y puede abrir caminos para la electrónica basada en líquidos.

Un equipo de investigadores dirigido por el Laboratorio Nacional de Oak Ridge del Departamento de Energía utilizó una técnica de dispersión de rayos X inelástica de alta resolución para medir el enlace fuerte que involucra un átomo de hidrógeno intercalado entre dos átomos de oxígeno. Este enlace de hidrógeno es un fenómeno mecánico cuántico responsable de varias propiedades del agua, incluida la viscosidad, que determina la resistencia de un líquido a fluir o cambiar de forma.

Si bien el agua es la sustancia más abundante en la Tierra, su comportamiento a nivel molecular no se comprende bien.

"A pesar de todo lo que sabemos sobre el agua, es un misterio sustancia atípica que necesitamos comprender mejor para desbloquear su vasto potencial, particularmente en tecnologías de la información y la energía, "dijo Takeshi Egami, Científico / profesor distinguido de la Universidad de Tennessee-ORNL que trabaja a través del Centro Shull Wollan, un Instituto Conjunto de Ciencias de Neutrones, una asociación ORNL-UT.

El estudio del equipo, publicado en Avances de la ciencia , demostró que es posible sondear el espacio real, dinámica en tiempo real del agua y otros líquidos. Estudios anteriores han proporcionado instantáneas de la estructura atómica del agua, pero se sabe poco sobre cómo se mueven las moléculas de agua.

"El enlace de hidrógeno tiene un fuerte efecto en la correlación dinámica entre las moléculas a medida que se mueven a través del espacio y el tiempo, pero hasta ahora los datos, principalmente por espectroscopia láser óptica, arrojó resultados amplios o `` confusos '' con una especificidad poco clara, "Dijo Egami.

Para una imagen más clara, El equipo conjunto de ORNL-UT utilizó una técnica de rayos X avanzada conocida como dispersión de rayos X inelástica para determinar el movimiento molecular. Descubrieron que la dinámica de la unión de oxígeno a oxígeno entre moléculas de agua es, asombrosamente, no al azar sino altamente coordinado. Cuando se rompe el enlace entre las moléculas de agua, los enlaces de hidrógeno fuertes trabajan para mantener un entorno estable durante un período de tiempo específico.

"Descubrimos que la cantidad de tiempo que tarda una molécula en cambiar su molécula 'vecina' determina la viscosidad del agua, ", Dijo Egami. Este nuevo descubrimiento estimularía más estudios sobre cómo ejercer control sobre la viscosidad de otros líquidos.

Egami ve el trabajo actual como un trampolín hacia una investigación más avanzada que aprovechará las técnicas de dispersión de neutrones en la fuente de neutrones de espalación en ORNL, una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE, para determinar aún más el origen de la viscosidad y otras propiedades dinámicas de los líquidos.

El enfoque de los investigadores también podría utilizarse para caracterizar el comportamiento molecular y la viscosidad de iónicos, o salado, líquidos y otras sustancias líquidas, que ayudaría en el desarrollo de nuevos tipos de dispositivos semiconductores con capas aislantes de electrolitos líquidos, mejores baterías y lubricantes mejorados.