En un cambio notable con respecto a la sabiduría convencional, un estudio reciente realizado por investigadores del Universidad de Cambridge y el Instituto Max Planck de Investigación de polímeros revela conocimientos innovadores sobre el comportamiento de las moléculas de agua.

Este descubrimiento, destinado a rediseñar los modelos de los libros de texto, tiene importantes implicaciones para nuestra comprensión de las ciencias climáticas y ambientales.

Moléculas de agua y agua salada.

Tradicionalmente, se entiende que las moléculas de agua en las superficies de agua salada, o en soluciones de electrolitos, se alinean de una manera específica.

Esta alineación juega un papel clave en varios procesos atmosféricos y ambientales, como la evaporación del agua del océano, que es una parte integral de la química atmosférica y la ciencia climática.

Por lo tanto, una comprensión profunda de estos comportamientos superficiales es fundamental para abordar el impacto humano en nuestro planeta.

Sin embargo, los métodos tradicionales para estudiar estas superficies, en particular utilizando una técnica conocida como generación de frecuencia de suma vibratoria (VSFG), tienen sus limitaciones.

Generación de frecuencia de suma vibratoria (VSFG)

Aunque VSFG puede medir eficazmente la fuerza de las vibraciones moleculares en estas interfaces críticas, no puede distinguir si estas señales son positivas o negativas.

Esta brecha ha dado lugar históricamente a interpretaciones ambiguas de los datos.

El equipo de investigación, empleando una versión avanzada de VSFG, conocida como VSFG con detección heterodina (HD), junto con un sofisticado modelado computacional, afrontó estos desafíos de frente.

Su enfoque permitió un estudio más matizado de diferentes soluciones de electrolitos y su comportamiento en la interfaz aire-agua.

Resultados revolucionarios

Las revelaciones de este estudio son nada menos que revolucionarias. Contrariamente a la creencia arraigada de que los iones forman una doble capa eléctrica, orientando las moléculas de agua en una sola dirección, la investigación demuestra un escenario completamente diferente.

Se encontró que tanto los iones cargados positivamente (cationes) como los iones cargados negativamente (aniones) estaban agotados en la interfaz agua/aire.

Lo más intrigante es que los cationes y aniones de electrolitos simples pueden orientar las moléculas de agua tanto hacia arriba como hacia abajo, revolucionando los modelos existentes.

Dr. Yair Litman de Yusuf Hamied Departamento de Químicacoautor del estudio, analiza los hallazgos.

«Nuestro trabajo demuestra que la superficie de soluciones de electrolitos simples tiene una distribución de iones diferente de lo que se pensaba anteriormente», explicó Litman.

«El subsuelo enriquecido en iones determina la organización de la interfaz: en la parte superior hay algunas capas de agua pura, luego una capa rica en iones, seguida por la solución salina a granel».

Implicaciones del estudio de la molécula de agua.

Haciendo eco de la importancia de estos hallazgos, el Dr. Kuo-Yang Chiang del Instituto Max Planck, también coautor, destaca el uso combinado de HD-VSFG de alto nivel y simulaciones.

«Este artículo muestra que combinar HD-VSFG de alto nivel con simulaciones es una herramienta invaluable que contribuirá a la comprensión a nivel molecular de las interfaces líquidas», explicó Chiang.

El profesor Mischa Bonn, que dirige el departamento de Espectroscopia Molecular del Instituto Max Planck, dice: “Este tipo de interfaces ocurren en todo el planeta, por lo que estudiarlas no solo ayuda a nuestra comprensión fundamental, sino que también puede conducir a mejores dispositivos y tecnologías. Estamos aplicando estos mismos métodos para estudiar interfaces sólido/líquido, que podrían tener aplicaciones potenciales en baterías y almacenamiento de energía”.

Añade que el equipo está aplicando estos métodos para estudiar interfaces sólido/líquido, que podrían tener aplicaciones potenciales en áreas como las baterías y el almacenamiento de energía.

En resumen, esta investigación supone un cambio de paradigma en los modelos de química atmosférica y en una amplia gama de aplicaciones, lo que marca un avance significativo en nuestra comprensión de los procesos ambientales.

Es un testimonio de la búsqueda incesante del conocimiento y del poder transformador de la investigación científica para remodelar nuestra comprensión del mundo natural.

El estudio completo fue publicado en la revista Química de la naturaleza.

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