Oamenii de știință au analizat comportamentul unic al apei restrânse. Ce au descoperit?

Deși este una dintre cele mai familiare substanțe de pe Pământ, apa încă ascunde numeroase mistere pe care oamenii de știință încearcă să le dezlege. Un astfel de mister este comportamentul unic al apei restrânse.

Care este comportamentul unic al apei restrânse? Atunci când este restrânsă în spații extrem de mici, precum în anumite proteine, minerale sau nanomateriale artificiale, apa se comportă complet diferit față de forma ei obișnuită, lichidă. Aceste efecte ale restrângerii sunt esențiale pentru multe procese naturale și tehnologice, de la transportarea ionilor prin membrane celulare până la funcționarea sistemelor nanofluidice.

• Ce se întâmplă cu creierul atunci când lucrezi în echipă?
• Locul în care trăiești influențează ce greutate ai, arată un nou studiu

Unul dintre cele mai fascinante, dar puțin înțelese stări ale apei restrânse este „starea de pretopire” („premelting state”). În această fază unică, apa se află simultan la limita dintre îngheț și topire, sfidând clasificările simple de lichid sau solid. Studierea acestei stări a fost dificilă, întrucât metodele obișnuite, precum difracția cu raze X, nu surprind mișcările ultrarapide ale hidrogenului și ale moleculelor individuale de apă.

Cercetătorii vor să înțeleagă comportamentul unic al apei restrânse

Un studiu condus de profesorul Makoto Tadokoro, împreună cu lectorul Fumiya Kobayashi și doctorandul Tomoya Namiki, de la Universitatea de Științe din Tokyo (Japonia), a reușit să aducă noi clarificări.

Publicat în Journal of the American Chemical Society, studiul descrie modul în care echipa a folosit spectroscopia statică de rezonanță magnetică nucleară a deuteriului pentru a observa dinamica ierarhică a apei aflate în nanoporii hidrofili ai unui cristal molecular, reușind să caracterizeze pentru prima dată starea de pretopire.

Cercetătorii au produs cristale hexagonale cu canale cvasi-unidimensionale de aproximativ 1,6 nanometri diametru, umplute cu apă grea (D₂O). Analiza spectrelor NMR a arătat existența unei structuri ierarhice în trei straturi ale apei, cu interacțiuni și mișcări distincte, diferite de cele din gheața obișnuită. În timpul încălzirii controlate, s-a observat o tranziție către starea de pretopire: un amestec paradoxal dintre straturi înghețate și molecule de apă cu mobilitate rapidă, asemănătoare lichidului.

La ce va fi folosită descoperirea?

Măsurătorile au arătat că moleculele își păstrau pozițiile fixe, ca într-un solid, dar rotația lor era extrem de rapidă, aproape ca în apa lichidă. Această descoperire aduce o nouă perspectivă asupra modului în care apa se comportă în condiții extreme și oferă indicii cruciale pentru înțelegerea proceselor biologice și tehnologice unde apa are un rol cheie, scrie EurekAlert.

Pe viitor, rezultatele ar putea avea aplicații practice, de la stocarea gazelor energetice precum hidrogenul și metanul, la dezvoltarea unor materiale pe bază de apă mai sigure și mai ieftine. Controlarea proprietăților de îngheț ale apei ar putea duce la noi structuri utile în tehnologie și mediu.

În concluzie, studiul demonstrează că chiar și o substanță aparent banală, precum apa, ascunde secrete fundamentale ce încă așteaptă să fie descoperite.

Vă recomandăm să citiți și:

Cercetătorii au creat un diamant cu 50% mai dur decât cele de pe Pământ

Test de cultură generală. De ce unele metale sunt mai conductive decât altele?

Iată cum magneții i-ar putea ajuta pe exploratorii planetei Marte

Oamenii de știință au descoperit că gheața produce electricitate atunci când este îndoită sau întinsă