Están encima nuestro, en partículas de hielo y gotas de las nubes, debajo, en rocas y yacimientos petrolíferos e incluso en nuestro interior, ayudando a la administración de fármacos. No obstante, a pesar de su ubicuidad, hasta ahora se sabía relativamente poco acerca de la superficie de las gotas de agua minúsculas.
Estamos rodeados de gotas de agua nanoscópicas y microscópicas en entornos hidrófobos (que repelen el agua). Además, los procesos biológicos dependen de las interacciones de las gotas de agua con otras interfaces; de hecho, el 60 % del propio cuerpo humano está formado por agua. Ahora, el proyecto financiado con fondos de la Unión Europa WII (Water, Ions, Interfaces) ha ayudado a arrojar más luz sobre los efectos cuánticos en el agua y en la gama de interfaces con las que las gotas de agua interactúan.
WII se estableció para ampliar los conocimientos existentes sobre cómo contribuyen las propiedades estructurales, dinámicas y biológicas del agua al funcionamiento de los sistemas vivos, y con la esperanza de impulsar otras innovaciones tecnológicas que pudieran aprovechar el diseño de la naturaleza. Miembros del equipo del proyecto WII publicaron recientemente
en Nature Communications su descubrimiento de que las moléculas de la superficie de las gotas de agua estaban sorprendentemente más organizadas de lo que se pensaba previamente.
El agua como escenario de dramas moleculares
El estudio publicado se proponía comprender mejor las propiedades y el comportamiento de las gotas de agua cuando están rodeadas de una sustancia hidrófoba, como el aceite, ya que tienen implicaciones para el funcionamiento de todo el sistema acuoso. Habitualmente, los conocimientos sobre las gotas de agua se inferían de datos extraídos de estudios sobre las interfaces macroscópicas entre el aire y el agua o de soluciones acuosas de hidrófobos solvatados. Como indican los autores, esta metodología es imprecisa debido a las diferencias en tamaño, composición química y dependencia de la temperatura en comparación con los entornos de las gotas minúsculas reales, normalmente de tan solo una milésima parte del grosor de un cabello.
Los investigadores de WII desarrollaron un método único para examinar la superficie de estas gotas minúsculas. Según la coordinadora del proyecto WII, la profesora Sylvie Roke: «El método consiste en superponer pulsos de láser ultracortos en una mezcla de gotas de agua en aceite líquido y detectar los fotones que se dispersan solo de la interfaz». La profesora continuó explicando que: «Estos fotones tienen la frecuencia suma de los fotones entrantes y, por lo tanto, son de un color diferente. Con este color recién generado podemos determinar la estructura de la interfaz».
Los investigadores descubrieron que la superficie de las gotas de agua estaba mucho más ordenada que la del agua normal y podía compararse en cierta manera a la del hielo, con moléculas que tienen unos enlaces de hidrógeno muy fuertes, con una configuración tetraédrica (en forma de pirámide) estable alrededor de cada molécula. Inesperadamente, esta disposición también apareció en la superficie de las gotas minúsculas, incluso a temperatura ambiente, es decir a 50 °C por encima de la temperatura a la que se hubiera esperado este fenómeno.
Se sabe que la red tridimensional de enlaces de hidrógeno del agua, a pesar de ser cooperativa, también se reorganiza cada pocos femtosegundos (una milbillonésima parte de un segundo), y las interacciones a nivel cuántico determinan sus propiedades. Una de las contribuciones clave de WII ha sido centrarse en este nivel cuántico/escala temporal en femtosegundos incrementandolo hasta el nivel/escala temporal macroscópico. Estos hallazgos tienen el potencial de arrojar luz sobre una serie de procesos atmosféricos, biológicos y geológicos.
Para más información, consulte:
Página web del proyecto en CORDIS
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