Contradicen modelo sobre la organización molecular del agua

Un grupo de científicos ha descubierto que las moléculas de la superficie del agua salada se organizan de manera diferente a lo que se pensaba, lo que contradice los modelos científicos conocidos actualmente, según plantea un estudio publicado el lunes (15.01.2024) por la revista Nature.

Los investigadores de la Universidad de Cambridge y del instituto alemán Max Planck de Investigación de Polímeros buscaban identificar el comportamiento de las moléculas de agua y la distribución de partículas cargadas eléctricamente -o iones- cuando estas entran en contacto con el aire.

Hallazgo gracias a técnica mejorada

Para llevar a cabo el estudio, los expertos usaron una versión avanzada de una técnica de radiación láser llamada Generación Vibracional de Suma de Frecuencias (VSFG, por sus siglas en inglés), que mide las vibraciones moleculares en la superficie con gran precisión.

De esta manera, los científicos pudieron observar en detalle si los iones de la superficie del agua tenían una carga positiva (cationes) o negativa (aniones). Asimismo, lograron detectar una capa subsuperficial de iones, y que estos pueden orientarse tanto en direcciones ascendentes como en descendentes.

Reescribir los modelos

En un comunicado, la Universidad de Cambridge dice que "habrá que rescribir los modelos en los libros". En el informe se explica que los cationes y aniones orientan a las moléculas de agua tanto hacia arriba como hacia abajo, lo que contradice "los modelos de los libros, que enseñan que los iones forman una doble capa eléctrica y orientan las moléculas de agua en una sola dirección".

"Nuestro trabajo demuestra que la superficie de las soluciones electrolíticas simples tiene una distribución de iones diferente de lo que se pensaba y que la subsuperficie enriquecida en iones determina cómo se organiza la interfaz", afirma en el comunicado el químico Yair Litman.

"En la parte superior hay varias capas de agua pura, luego una capa rica en iones y, por último, la solución salina", agrega.

Un modelo que ayuda a ajustar modelos

En la naturaleza, muchas reacciones climáticas o ambientales ocurren cuando moléculas de agua interactúan con el aire. Un ejemplo de esto es la evaporación del agua oceánica, que juega un rol importante en la química atmosférica o la climatología.

Conocer más sobre la profundidad de las capas y la carga de los iones puede ayudar a determinar y ajustar nuevos modelos para, por ejemplo, medir la superficie del océano, vital para proyectar efectos del cambio climático.

Tecnologías y baterías

Mischa Bonn, físico molecular del Instituto Max Planck de Investigación de Polímeros, plantea que "este tipo de interfaces se dan en todas partes del planeta, por lo que estudiarlas no solo ayuda a nuestra comprensión fundamental, sino que también puede conducir a mejores dispositivos y tecnologías".

Además, concluye, "estamos aplicando estos mismos métodos para estudiar las interfaces sólido/líquido, que podrían tener aplicaciones potenciales en baterías y almacenamiento de energía".