El método implica la superposición de pulsos de láser ultracortos en una mezcla de gotas de agua en aceite líquido y la detección de fotones que se dispersan solo desde la interfaz. Crédito:© EPFL / Julia Jacobi Cátedra de Fotomedicina - Laboratorio de Biofotónica Fundamental
Investigadores de AMOLF y Swiss EPFL han demostrado que la superficie de minúsculas gotas de agua rodeadas por una sustancia hidrófoba como el aceite está sorprendentemente ordenada. A temperatura ambiente, las moléculas de agua de la superficie de estas gotitas tienen interacciones mucho más fuertes que en una superficie de agua normal. Esto puede arrojar nueva luz sobre una variedad de efectos atmosféricos, procesos biológicos e incluso geológicos.
Las gotas de agua de tamaño nanométrico están en todas partes:en el aire como gotas o aerosoles, en medicamentos producidos industrialmente, y dentro de rocas y campos petrolíferos. Para comprender el comportamiento de estas gotas, es necesario saber cómo interactúan con su entorno hidrofóbico. Esta interacción tiene lugar en la interfaz de gota curva, una región subnanométrica que rodea la pequeña bolsa de agua. Investigadores de EPFL, en colaboración con el instituto AMOLF de los Países Bajos han descubierto que las moléculas en la superficie de las gotas estaban mucho más ordenadas de lo esperado. Sus sorprendentes resultados han sido publicados en Comunicaciones de la naturaleza . Allanan el camino hacia una mejor comprensión de la atmósfera, Procesos biológicos y geológicos.
Perspectiva única sobre gotitas minúsculas
En EPFL, Sylvie Roke ha desarrollado un método único para examinar la superficie de las gotas de una milésima parte del grosor de un cabello humano, con un volumen de un attolitro (10 −18 litros). "El método implica la superposición de pulsos de láser ultracortos en una mezcla de gotas de agua en aceite líquido y la detección de fotones que se dispersan solo desde la interfaz", explica Roke. "Estos fotones tienen la frecuencia de suma de los fotones entrantes y, por lo tanto, son de un color diferente. Con este color recién generado, podemos determinar la estructura de la interfaz ".
Enlace de hidrógeno tan fuerte como en el hielo
La superficie de las gotas de agua resulta mucho más ordenada que la del agua normal, y es comparable al agua superenfriada en la que las moléculas tienen interacciones de puentes de hidrógeno muy fuertes. Soy amable, estas interacciones conducen a una configuración tetraédrica estable que rodea cada molécula de agua. Asombrosamente, este tipo de estructura se encontró en la superficie de las gotas incluso a temperatura ambiente, 50 ° C por encima de donde aparecería normalmente.
La superficie de las gotas de agua resulta ser mucho más ordenada que la del agua normal y es comparable a la superfría (líquido <0 ° C agua) agua en la que las moléculas de agua tienen interacciones de puentes de hidrógeno muy fuertes. Crédito:EPFL-Julia Jacobi Cátedra de Fotomedicina - Laboratorio de biofotónica fundamental
Procesos quimicos
Esta investigación proporciona información valiosa sobre las propiedades de las gotas de agua nanométricas. "Las propiedades químicas de estas gotas dependen de cómo se organizan las moléculas de agua en la superficie, por lo que es muy importante comprender lo que sucede allí ", explicó Roke. La investigación adicional podría apuntar a las propiedades superficiales de las gotas de agua con la adición de sal, un modelo más realista de aerosoles marinos que consisten en agua salada rodeada de un ambiente hidrofóbico. La sal puede mejorar la red de agua o reducir su fuerza. "O, puede que no haga nada en absoluto. Dados los sorprendentes resultados encontrados aquí, solo podemos especular, "dice Roke.
