Un equipo internacional de físicos experimentales de Estados Unidos y Suecia ha realizado la primera observación directa de cómo los átomos de hidrógeno en las moléculas de agua tiran y empujan las moléculas vecinas cuando se excitan con luz láser.
Cada molécula de agua contiene un átomo de oxígeno y dos átomos de hidrógeno, y una red de enlaces de hidrógeno entre átomos de hidrógeno cargados positivamente en una molécula y átomos de oxígeno cargados negativamente en moléculas vecinas los mantiene a todos juntos.
Hasta hace poco, los físicos no habían observado directamente cómo interactúa una molécula de agua con sus vecinas
Esta intrincada red es la fuerza impulsora detrás de muchas de las propiedades inexplicables del agua. Sin embargo, hasta hace poco, los físicos no habían observado directamente cómo interactúa una molécula de agua con sus vecinas.
"La baja masa de los átomos de hidrógeno acentúa su comportamiento de onda cuántica", aseguró la doctora Kelly Gaffney, física del Stanford Pulse Institute del SLAC National Accelerator Laboratory.
“Este estudio es el primero en demostrar directamente que la respuesta de la red de enlaces de hidrógeno a un impulso de energía depende críticamente de la naturaleza mecánica cuántica de cómo se espacian los átomos de hidrógeno, que durante mucho tiempo se ha sugerido que es responsable de los atributos únicos de agua y su red de enlaces de hidrógeno ".
Hasta ahora, hacer este tipo de observación ha sido un desafío, porque los movimientos de los enlaces de hidrógeno son muy pequeños y rápidos.
El nuevo experimento superó ese problema utilizando MeV-UED de SLAC, una “cámara de electrones” de alta velocidad que detecta movimientos moleculares sutiles, al dispersar un poderoso haz de electrones de las muestras.
Los autores crearon chorros de agua líquida de 100 nm de espesor y colocaron las moléculas de agua en vibración con luz láser infrarroja.
Las instantáneas revelaron que cuando una molécula de agua excitada comienza a vibrar, su átomo de hidrógeno tira de los átomos de oxígeno de las moléculas de agua vecinas más cerca antes de alejarlos con su nueva fuerza, expandiendo el espacio entre las moléculas
Luego explotaron las moléculas con pulsos cortos de electrones de alta energía de MeV-UED. Esto generó instantáneas de alta resolución de la estructura atómica cambiante de las moléculas que unieron en una película de stop-motion de cómo la red de moléculas de agua respondía a la luz.
Las instantáneas, que se centraron en grupos de tres moléculas de agua, revelaron que cuando una molécula de agua excitada comienza a vibrar, su átomo de hidrógeno tira de los átomos de oxígeno de las moléculas de agua vecinas más cerca antes de alejarlos con su nueva fuerza, expandiendo el espacio entre las moléculas.
“Aunque se ha planteado la hipótesis de que el llamado efecto cuántico nuclear está en el corazón de muchas de las extrañas propiedades del agua, este experimento marca la primera vez que se observa directamente”, dijo el profesor Anders Nilsson, investigador de la Universidad de Estocolmo.
"Durante mucho tiempo, los investigadores han intentado comprender la red de enlaces de hidrógeno mediante técnicas de espectroscopia", explicó el profesor Jie Yang, investigador de la Universidad de Tsinghua.
"La belleza de este experimento radica en que por primera vez pudimos observar directamente cómo se mueven estas moléculas"
"La belleza de este experimento radica en que por primera vez pudimos observar directamente cómo se mueven estas moléculas", concluyó el docente.
Estas propiedades son clave para muchos procesos químicos y biológicos, por lo que comprenderlas mejor podría ayudarnos a entender mejor el origen y la supervivencia de la vida en la Tierra, asegura el equipo.
Fuente: ScieNews.
