Un equipo internacional de científicos dirigido por la profesora Martina Havenith de la Ruhr-Universität Bochum RUB ha podido arrojar nueva luz sobre las propiedades del agua a nivel molecular. En particular, pudieron describir con precisión las interacciones entre tresmoléculas de agua, que contribuyen significativamente al panorama energético del agua. La investigación podría allanar el camino para comprender mejor y predecir el comportamiento del agua en diferentes condiciones, incluso en condiciones extremas. Los resultados se han publicado en línea en la revista Angewandte Chemie el 19 de abril de 2020.
Interacciones a través de vibraciones
A pesar de que el agua a primera vista parece un líquido simple, tiene muchas propiedades inusuales, una de ellas es que es menos densa cuando está congelada que cuando es líquida. De la manera más simple, los líquidos se describen por la interacción de sussocios directos, que son en su mayoría suficientes para una buena descripción, pero no en el caso del agua: las interacciones en dímeros de agua representan el 75 por ciento de la energía que mantiene el agua unida. Martina Havenith, directora de la Cátedra de Física con sede en BochumChemistry II y portavoz del Clúster de Excelencia Ruhr Explores Solvation Resolv, y sus colegas de la Universidad Emory en Atlanta, EE. UU., Recientemente publicaron una descripción precisa de las interacciones relacionadas con el dímero de agua. Para obtener acceso a las interacciones cooperativas, que representan el 25 por ciento de la interacción total del agua, el trímero de agua tuvo que ser investigado.
Ahora, el equipo dirigido por Martina Havenith en colaboración con colegas de la Universidad Emory y de la Universidad de Mississipi, EE. UU., Ha podido describir por primera vez de manera precisa la energía de interacción entre tres moléculas de agua.descripciones teóricas contra el resultado de la huella digital espectroscópica de estas interacciones intermoleculares.
Obstáculos para la investigación experimental
Desde hace más de 40 años, los científicos han desarrollado modelos computacionales y simulaciones para describir las energías involucradas en el trímero de agua. Los experimentos han tenido menos éxito, a pesar de algunas ideas pioneras en estudios de fase gaseosa, y se basan en la espectroscopía. La técnica funciona porirradiando una muestra de agua con radiación y registrando cuánta luz se ha absorbido. El patrón obtenido está relacionado con los diferentes tipos de excitaciones de movimientos intermoleculares que involucran más de una molécula de agua. Desafortunadamente, para obtener estas huellas digitales espectroscópicas para dímeros y trímeros de agua, unonecesita irradiarse en la región de frecuencia de terahercios. Y las fuentes de láser que proporcionan alta potencia han faltado para esa región de frecuencia.
Esta brecha técnica se ha llenado recientemente. En la publicación actual, los científicos de RUB utilizaron los láseres de electrones libres en la Universidad de Radboud en Nijmegen en los Países Bajos, lo que permite altas potencias en la región de frecuencia de terahercios. El láser se aplicó a través de pequeñosgotitas de helio superfluido, que se enfría a temperaturas extremadamente bajas, a menos 272,75 grados centígrados. Estas gotitas pueden recoger moléculas de agua una por una, lo que permite aislar pequeños agregados de dímeros y trímeros. De esta manera, los científicos pudieronirradiar exactamente las moléculas que querían y adquirir el primer espectro completo del trímero de agua en la región de frecuencia de terahercios.
Las observaciones experimentales de las vibraciones intermoleculares se compararon e interpretaron utilizando cálculos cuánticos de alto nivel. De esta forma, los científicos podían analizar el espectro y asignar hasta seis vibraciones intermoleculares diferentes.
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Materiales proporcionado por Ruhr-Universidad Bochum . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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