Desde las gotas de lluvia que caen de la superficie cerosa de una hoja de nenúfar hasta la eficacia de las membranas de desalinización, las interacciones entre las moléculas de agua y las superficies "hidrófobas" repelentes al agua están a nuestro alrededor. La interacción se vuelve aún más intrigante cuando una fina capa de agua se intercala entre dos superficies hidrófobas, Los investigadores de KAUST lo han demostrado.

A principios de la década de 1980, Los investigadores notaron por primera vez un efecto inesperado cuando dos superficies hidrófobas se unieron lentamente en el agua. "En algún momento, las dos superficies entrarían en contacto repentinamente, como dos imanes que se juntan, ", dice Himanshu Mishra del Centro de Reutilización y Desalación de Agua de KAUST. El laboratorio de Mishra investiga el agua en todas las escalas de longitud, de reducir el consumo de agua en la agricultura, a las propiedades de las moléculas de agua individuales.

Los investigadores no pudieron explicar el fenómeno a nivel molecular, así que en 2016, Mishra organizó una conferencia KAUST sobre el tema. "Reunimos a líderes en el campo, experimentales y teóricos, lo que llevó a debates intensos sobre la comprensión de las fuerzas superficiales hidrofóbicas, " él dice.

Parte del desafío fue que la interacción hidrofóbica es exclusiva del agua. "Obtener conocimientos a través de otros líquidos o agregar codisolventes al agua no es factible:la interacción se reduce o se pierde drásticamente, "explica Buddha Shrestha, investigador postdoctoral en el laboratorio de Mishra.

Inspirado por la conferencia, A Mishra se le ocurrió la idea de comparar el agua corriente con "agua pesada, "en el que los átomos de hidrógeno son reemplazados por un isótopo de hidrógeno más pesado llamado deuterio.

"Nuestras mediciones de fuerza de superficie revelaron que la fuerza de atracción siempre fue aproximadamente un 10 por ciento más alta en H ₂ O que en D ₂ Oh "dice Sreekiran Pillai, un doctorado estudiante en el laboratorio de Mishra. Colaborando con Tod Pascal en la Universidad de California San Diego, el equipo dio una explicación.

Cuanto más pequeño es un objeto, cuanto menos estrictamente se rige por las leyes de la física clásica y más sujeto a efectos cuánticos. El diminuto átomo de hidrógeno es un objeto cuántico; a veces se comporta como una partícula, a veces más como una ola. Deuterio, dos veces más pesado que el hidrógeno, está menos sujeto a efectos cuánticos. La consecuencia es que D ₂ O está menos desestabilizado que H ₂ O cuando se aprieta entre dos superficies hidrófobas y los enlaces de hidrógeno entre las moléculas de agua se rompen.

El descubrimiento puede tener implicaciones prácticas, Dice Mishra. "Por ejemplo, estos hallazgos podrían ayudar al desarrollo de plataformas nanofluídicas para la separación molecular ".

"Este es un trabajo muy impresionante que muestra cómo los efectos nucleares cuánticos en el agua se vuelven sustanciales en la nanoescala, "explica la profesora Mischa Bonn, director del Instituto Max Planck de Investigación de Polímeros. "Los resultados ilustran que todavía hay mucho que aprender sobre el agua a nivel fundamental, pero con relevancia directa para el agua confinada a nanoescala en, por ejemplo, nanoporos utilizados para la purificación y desalinización del agua ".