Por lo general, consideramos que las moléculas de agua en estado líquido se mueven aleatoriamente en escalas de tiempo ultrarrápidas debido a fluctuaciones térmicas. Ahora, los científicos de la Universidad de Estocolmo han descubierto un movimiento correlacionado en la dinámica del agua en una escala de tiempo inferior a 100 femtosegundos. Esto aparece como "efectos de enjaulado"debido a la acumulación de estructuras tetraédricas en el sobreenfriamiento. Los resultados, reportados en Comunicaciones de la naturaleza el 15 de mayo de 2018 se basan en una combinación de estudios experimentales con láser de rayos X y simulaciones teóricas.
El agua líquida es parte de nuestra vida cotidiana y, debido a su falta de color, sabor y olor, a menudo se supone que es muy simple. A nivel molecular, la molécula de agua es muy simple, sin embargo, cuando muchas moléculas se juntanforman una red altamente compleja de enlaces de hidrógeno. La dinámica de esta red aún no se comprende completamente y se cree que es responsable de muchas de las propiedades termodinámicas y estructurales peculiares del agua líquida.
Un equipo internacional de investigadores de la Universidad de Estocolmo llevó a cabo experimentos en la fuente de luz coherente Linac LCLS de SLAC y probó por primera vez la dinámica de las moléculas en agua líquida en el rango de femtosegundos por debajo de 100. La técnica utilizada se basa en"fotografiando" las moléculas de agua como un difractograma utilizando el láser de rayos X. Al variar la duración del pulso de rayos X, uno esencialmente varía el tiempo de exposición de la "fotografía" y, por lo tanto, cualquier movimiento de las moléculas de agua durante la exposición "desenfocará"El análisis del desenfoque para diferentes tiempos de exposición permitió a los científicos extraer información sobre el movimiento molecular. En esta escala de tiempo, se supuso que las moléculas de agua se mueven al azar debido al calor, comportándose más como un gas que como un líquido. Sin embargo, los experimentosindican que la red juega un papel incluso en esta escala de tiempo ultrarrápida, haciendo que las moléculas de agua se coordinen en una danza intrincada, que se vuelve aún más pronunciada en el llamado suestado refrigerado
"Es una capacidad completamente nueva el poder usar láseres de rayos X para ver el movimiento de las moléculas en tiempo real", dice Fivos Perakis, investigador de la Universidad de Estocolmo con experiencia en espectroscopía infrarroja ultrarrápida ". Esto puede abrirse".un campo completamente nuevo de investigaciones en estas escalas de tiempo, combinado con la sensibilidad estructural única de los rayos X ".
Los resultados experimentales se reprodujeron mediante simulaciones por computadora, que indican que la danza coordinada de las moléculas de agua se debe a la formación de estructuras tetraédricas. "He estudiado la dinámica del agua líquida y sobreenfriada durante mucho tiempo usando simulaciones por computadora y es"Es muy emocionante poder finalmente comparar directamente con los experimentos", dice Gaia Camisasca, postdoctorado en la universidad de Estocolmo, quien realizó las simulaciones por computadora de este estudio. "Espero ver los resultados futuros que pueden surgir de esta técnica, que pueden ayudarmejorar los modelos informáticos actuales del agua "
"Es sorprendente descubrir algo nuevo sobre el agua utilizando la ciencia ultrarrápida de rayos X y siento que hay mucho más que aprender", dice Alexander Späh, estudiante de doctorado en Física Química en la Universidad de Estocolmo. "Realmente disfruto tener la oportunidadusar instalaciones de rayos X de última generación para investigar cuestiones fundamentales que podrían cambiar nuestra opinión sobre el agua "
"Tanto los experimentos como las simulaciones fueron muy desafiantes", dice Lars GM Pettersson, profesor de Física Química Teórica en la Universidad de Estocolmo. "Es extremadamente gratificante que trabajar juntos pueda revelar mucho sobre cómo las moléculas se mueven juntas".
"La clave para comprender el agua a nivel molecular es observar los cambios de la red de enlaces de hidrógeno, que pueden desempeñar un papel importante en la actividad biológica y la vida tal como la conocemos", dice Anders Nilsson, profesor de Física Química en EstocolmoUniversidad.
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Materiales proporcionados por Universidad de Estocolmo . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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