Los investigadores de la Universidad de Tokio han utilizado métodos computacionales y análisis de datos experimentales recientes para demostrar que las moléculas de agua toman dos estructuras distintas en estado líquido. El equipo investigó la dispersión de fotones de rayos X a través de muestras de agua y mostró una distribución bimodaloculto bajo el primer pico de difracción que resultó de arreglos tetraédricos y no tetraédricos de moléculas de agua. Este trabajo puede tener implicaciones importantes en toda la ciencia, pero especialmente con respecto a los sistemas vivos, como las proteínas y las estructuras celulares, que se ven fuertemente afectadas por el agua circundantemoléculas.
Dada la ubicuidad del agua en nuestro planeta y el papel central que desempeña en toda la vida conocida, puede ser difícil creer que queda algo por aprender sobre este fluido tan familiar. Una molécula simple compuesta de solo dos átomos de hidrógenoy un oxígeno; el agua aún esconde misterios fundamentales que quedan por descubrir. Por ejemplo, el agua tiene puntos de fusión y ebullición inusualmente altos, e incluso se expande cuando se congela a diferencia de la mayoría de los líquidos, que se contraen. Estas y otras propiedades inusuales lo hacen muydiferente de casi todos los demás líquidos, pero también permite la vida tal como la conocemos.
La rareza del agua puede entenderse mejor al pensar en las interacciones únicas entre las moléculas de H2O: el enlace de hidrógeno. El agua tiende a formar cuatro enlaces de hidrógeno con sus cuatro vecinos, lo que conduce a arreglos tetraédricos de los vecinos. Tales arreglos puedenestar distorsionado en gran medida bajo fluctuaciones térmicas. Sin embargo, si la distorsión conduce a la coexistencia de distintos arreglos tetraédricos y no tetraédricos ha seguido siendo controvertido.
Ahora, los científicos de la Universidad de Tokio han combinado simulaciones por computadora y el análisis de dispersión de datos experimentales para encontrar el "factor de estructura" del agua, la función matemática que representa los caminos de los rayos X dispersos cuando se dispersan del hidrógenoy átomos de oxígeno. El análisis mostró dos picos superpuestos ocultos en el primer pico de difracción del factor de estructura. Uno de estos picos correspondía a la distancia entre los átomos de oxígeno como en los líquidos ordinarios, mientras que el otro indicaba una distancia más larga, como en una disposición tetraédrica"La combinación de nuevos métodos computacionales y análisis de datos recientes de dispersión de rayos X nos permitió ver lo que no era visible en trabajos anteriores", explica el primer autor del estudio, Rui Shi.
Este descubrimiento puede tener enormes implicaciones en muchos campos científicos. Conocer el orden estructural exacto del agua es fundamental para una comprensión completa de la biología molecular, la química e incluso muchas aplicaciones industriales ". Es muy satisfactorio poder desentrañar el líquidoestructura de una sustancia tan fundamental ", dice el autor principal Hajime Tanaka.
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Materiales proporcionado por Instituto de Ciencias Industriales, Universidad de Tokio . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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