Els científics han descobert un nou estat de l'aigua

2024 Autora: Seth Attwood | [email protected]. Última modificació: 2023-12-16 16:00

Una de les coses bàsiques que aprenem a les classes de ciències a l'escola és que l'aigua pot existir en tres estats diferents: gel sòlid, aigua líquida o vapor gasós. Però recentment, un equip internacional de científics ha trobat signes que l'aigua líquida pot existir en dos estats diferents.

Mentre feien treballs d'investigació, els resultats es van publicar més tard a l'International Journal of Nanotechnology, els científics van descobrir inesperadament que diverses propietats canvien a l'aigua amb una temperatura de 50 a 60 ℃. Aquest signe de la possible existència d'un segon estat líquid de l'aigua ha provocat un acalorat debat en els cercles científics. Si es confirma, el descobriment trobarà aplicacions en moltes àrees, incloses la nanotecnologia i la biologia.

Els estats agregats, que també s'anomenen "fases", són el concepte clau de la teoria dels sistemes d'àtoms i molècules. A grans trets, un sistema format per moltes molècules es pot organitzar en forma d'un nombre determinat de configuracions en funció de la seva quantitat total d'energia. A altes temperatures (i, per tant, a un nivell energètic més elevat), les molècules disposen d'un major nombre de configuracions, és a dir, estan organitzades de manera menys rígida i es mouen amb relativa llibertat (fase gasosa). A temperatures més baixes, les molècules tenen menys configuracions i es troben en una fase més organitzada (líquida). Si la temperatura baixa encara més, assumiran una configuració definida i formaran un sòlid.

Aquest és l'estat general de les coses per a molècules relativament simples com el diòxid de carboni o el metà, que tenen tres estats diferents (líquid, sòlid i gasós). Però les molècules més complexes tenen un nombre més gran de configuracions possibles, la qual cosa significa que el nombre de fases augmenta. Una excel·lent il·lustració d'això és el comportament dual dels cristalls líquids, que es formen a partir de complexos de molècules orgàniques i poden fluir com líquids, però encara conserven una estructura cristal·lina sòlida.

Com que les fases d'una substància estan determinades per la seva configuració molecular, moltes propietats físiques canvien dràsticament quan una substància passa d'un estat a un altre. En l'estudi esmentat, els científics van mesurar diverses propietats de control de l'aigua entre 0 i 100 ℃ en condicions atmosfèriques normals (de manera que l'aigua sigui líquida). De manera inesperada, van trobar variacions dramàtiques en propietats com la tensió superficial de l'aigua i l'índex de refracció (l'índex que reflecteix com la llum viatja a través de l'aigua) a una temperatura d'uns 50 ℃.

Estructura especial

Com és possible? L'estructura de la molècula d'aigua, H₂O, és molt interessant i es pot representar com una mena de fletxa, on l'àtom d'oxigen es troba a la part superior, i dos àtoms d'hidrogen "l'acompanyen" des dels flancs. Els electrons de les molècules tendeixen a estar distribuïts de manera asimètrica, per això la molècula rep una càrrega negativa del costat de l'oxigen en comparació amb el costat de l'hidrogen. Aquesta característica estructural senzilla porta al fet que les molècules d'aigua comencen a interactuar entre elles d'una determinada manera, les seves càrregues oposades s'atrauen, formant l'anomenat enllaç d'hidrogen.

Això permet que l'aigua en molts casos es comporti de manera diferent del que han observat altres líquids simples. Per exemple, a diferència de la majoria de les altres substàncies, una determinada massa d'aigua ocupa més espai en estat sòlid (en forma de gel) que en estat líquid, a causa del fet que les seves molècules formen una estructura regular específica. Un altre exemple és la tensió superficial de l'aigua líquida, que és el doble que la d'altres líquids no polars i més simples.

L'aigua és bastant senzilla, però no aclaparadora. Això vol dir que l'única explicació de la fase addicional d'aigua que s'ha manifestat és que es comporta una mica com un cristall líquid. Els enllaços d'hidrogen entre molècules mantenen un cert ordre a baixes temperatures, però també poden arribar a un altre estat més lliure amb l'augment de la temperatura. Això explica les importants desviacions observades pels científics durant la investigació.

Si això es confirma, les conclusions dels autors poden tenir molts usos. Per exemple, si els canvis en l'entorn (per exemple, la temperatura) impliquen canvis en les propietats físiques d'una substància, teòricament això es pot utilitzar per crear equips de sondeig. O podeu abordar-lo de manera més fonamental: els sistemes biològics es componen principalment d'aigua. La manera com les molècules orgàniques (com les proteïnes) interactuen entre elles probablement dependrà de com les molècules d'aigua formen la fase líquida. Si enteneu com es comporten les molècules d'aigua de mitjana a diferents temperatures, podeu aclarir com interaccionen en els sistemes biològics.

Aquest descobriment és una gran oportunitat per a teòrics i experimentadors, així com un excel·lent exemple del fet que fins i tot la substància més familiar pot amagar secrets dins de si mateixa.

Rodrigo Ledesma Aguilar