{"id":127919,"date":"2013-08-20T18:20:56","date_gmt":"2013-08-20T21:20:56","guid":{"rendered":"http:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/?p=127919"},"modified":"2016-01-06T15:16:41","modified_gmt":"2016-01-06T17:16:41","slug":"el-lado-extrano-del-agua","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/el-lado-extrano-del-agua\/","title":{"rendered":"El lado extra\u00f1o del agua"},"content":{"rendered":"

\"050-053_AnomaliaAgua_209_1\"<\/a>Imaginen un l\u00edquido que se desplaza m\u00e1s r\u00e1pido cuando se encuentra recluido en un ambiente menor que cuando se lo encierra en uno mayor. Un compuesto que circula por un nanotubo, con un flujo cientos de veces mayor que el esperado si el mecanismo fuese similar al del agua saliendo por un grifo. Esa ins\u00f3lita sustancia es el agua, la ubicua H2O que cubre el 70% del globo terrestre, constituye m\u00e1s de la mitad del cuerpo humano y est\u00e1 involucrada en la producci\u00f3n y conservaci\u00f3n de las formas de vida. La raz\u00f3n por la cual el agua presenta \u00e9stos y otros extra\u00f1os comportamientos, es objeto de debates entre cient\u00edficos y no es raro que surjan intrincadas explicaciones intentando justificar estos fen\u00f3menos, como lo es la idea de que este l\u00edquido presenta caracter\u00edsticas cu\u00e1nticas cuando se lo somete a determinadas condiciones. En los \u00faltimos diez a\u00f1os, la f\u00edsica te\u00f3rica M\u00e1rcia Barbosa, de la Universidad Federal de Rio Grande do Sul (UFRGS), viene perfeccionando un modelo computacional que intenta explicar, en forma m\u00e1s sencilla, el mecanismo central que se hallar\u00eda por detr\u00e1s de algunas excentricidades del agua, tales como las ya citadas.<\/p>\n

Se sabe que los enlaces de hidr\u00f3geno entre las mol\u00e9culas de agua favorecen la formaci\u00f3n de conglomerados con cuatro mol\u00e9culas, los tetr\u00e1meros. La forma en que los cuartetos de mol\u00e9culas interact\u00faan entre s\u00ed resulta determinante para explicar buena parte de las anomal\u00edas del agua, seg\u00fan las simulaciones computacionales llevadas a cabo por el grupo de Barbosa. Es como si la unidad elemental para describir el comportamiento del agua no fuese la propia mol\u00e9cula, sino esos tetr\u00e1meros. En enlace de un cuarteto de mol\u00e9culas con otros tiende a alternarse entre dos configuraciones preferenciales: una cerrada, m\u00e1s estable y con menor energ\u00eda, donde las mol\u00e9culas de un conglomerado se encuentran m\u00e1s alejadas de las mol\u00e9culas del otro; y una segunda disposici\u00f3n, abierta, donde las mol\u00e9culas que componen dos tetr\u00e1meros se encuentran m\u00e1s cercanas entre s\u00ed (obs\u00e9rvese el recuadro<\/em><\/a>). En concordancia con los experimentos virtuales de la f\u00edsica, la alternancia entre una y otra conformaci\u00f3n \u2012en la jerga cient\u00edfica, entre una mayor escala de distancia espacial entre los agrupamientos moleculares y otra menor\u2012 resulta suficiente para explicar la ocurrencia de ciertos comportamientos ins\u00f3litos del agua. \u201cEn nuestras simulaciones, s\u00f3lo observamos las anomal\u00edas cuando introducimos ese potencial de interacci\u00f3n de dos escalas\u201d, dice Barbosa. \u201cpara nosotros, el agua es una mezcla de tetr\u00e1meros que establecen y rompen enlaces unos con otros\u201d.<\/p>\n

Si fuera cierto que, en ciertas situaciones, los tetr\u00e1meros pasan constantemente de una escala a otra, ese frecuente reordenamiento de su estructura altera la densidad del agua. Ora los agrupamientos moleculares est\u00e1n m\u00e1s pr\u00f3ximos y el l\u00edquido se torna m\u00e1s denso, ora se hallan m\u00e1s lejos y la estructura queda menos densa. \u201cEn \u00e9se, nuestro potencial de interacci\u00f3n que procura imitar lo que ocurre en el agua, se produce una competencia entre escalas, lo cual genera una competencia entre ambientes u ordenamientos locales con diferentes densidades\u201d, afirma el qu\u00edmico Paulo Netz, de la UFRGS, coautor en varios estudios junto a Barbosa. \u201cDe ese modo, logramos explicar muchas anomal\u00edas presentes en el agua\u201d.<\/p>\n

\"\"Ana Paula Campos<\/span><\/a>El objetivo reciente en las simulaciones de los investigadores son los comportamientos an\u00f3malos del agua exhibidos en diminutos ambientes cerrados. El modelo virtual de agua desarrollado por los brasile\u00f1os reproduce, por ejemplo, las anomal\u00edas de difusi\u00f3n o de flujo de las mol\u00e9culas de H2O en el interior de un nanotubo. En un trabajo publicado el 21 de mayo del corriente a\u00f1o en la revista Journal of Physical Chemistry B<\/em>, Barbosa y sus colaboradores plasmaron el paso de su concepto de agua virtual a trav\u00e9s de nanotubos con tama\u00f1o fijo, pero con distinto di\u00e1metro. El objetivo de la simulaci\u00f3n era comprobar lo que suced\u00eda con el flujo del l\u00edquido cuando atravesaba nanotubos gruesos y delgados. Como regla, el flujo de una cierta cantidad de un l\u00edquido por el interior de algo que se asemeja a un ca\u00f1o siempre aumenta a medida que el di\u00e1metro de la tuber\u00eda decrece. Baste recordar que el agua sale con mayor \u201cfuerza\u201d cuando se estrecha el pico de una manguera. En un nanotubo, las simulaciones indican que el aumento del flujo es muy superior al previsto. \u201cAlgunos experimentos muestran un flujo 2 mil veces superior al esperado\u201d, comenta Barbosa. \u201cEn nuestras simulaciones alcanzamos una cantidad 200 veces mayor que lo normal\u201d.<\/p>\n

El mecanismo que se encontrar\u00eda por detr\u00e1s de ese fen\u00f3meno guardar\u00eda relaci\u00f3n con la forma en que los tetr\u00e1meros de H2O se reordenar\u00edan en el interior de los nanotubos. En funci\u00f3n del di\u00e1metro del \u00ednfimo conducto por donde circulan, las mol\u00e9culas de agua presentar\u00edan dos configuraciones distintas: una m\u00e1s densa, que quedar\u00eda directamente en contacto con las paredes de los nanotubos envolviendo a otra agua menos densa, que compondr\u00eda la parte central del l\u00edquido. \u201cOcurre como si se formara una \u2018escarcha\u2019 sobre las paredes del nanotubo que hiciera que el agua del centro fluyera f\u00e1cilmente m\u00e1s r\u00e1pido\u201d, compara Barbosa, quien este a\u00f1o fue una de las cinco galardonadas con el premio internacional L\u2019Oreal\/ Unesco para Mujeres en la Ciencia.<\/p>\n

Cualquiera sea el mecanismo relacionado con esa propiedad, el superflujo del agua no parece ser un desv\u00edo provocado en las simulaciones. Experimentos reales, con agua de verdad circulando por nanotubos, tambi\u00e9n arribaron a resultados similares. Una posible aplicaci\u00f3n de esa propiedad radica en el desarrollo de nanofiltros para desalinizar el agua de mar. Como el agua fluye m\u00e1s r\u00e1pido que la sal, el abordaje podr\u00eda ser factible comercialmente.<\/p>\n

Menos espacio, mayor movimiento<\/strong>
\nLa extra\u00f1a difusi\u00f3n del agua en \u00e1mbitos cerrados constituye otra anomal\u00eda que el equipo de Barbosa simula con \u00e9xito por medio de su modelo computacional. En realidad, fue en un trabajo te\u00f3rico conjunto con Netz, en 2001, donde ella descubri\u00f3 la anomal\u00eda de difusi\u00f3n. En t\u00e9rminos simples, difusi\u00f3n es la capacidad de las mol\u00e9culas para moverse en un cierto espacio, de difundirse por una determinada regi\u00f3n. \u201cLa difusi\u00f3n de las mol\u00e9culas en un l\u00edquido puede entenderse como (algo) similar al desplazamiento de la gente en una multitud\u201d, compara Netz. \u201cSupongamos que la muchedumbre se encuentre reunida en una plaza y que, de repente, tenga que desplazarse hacia una plaza menor, donde su movilidad se ver\u00e1 acotada. Esto es lo que ocurre con la mayor parte de los l\u00edquidos\u201d. Cuando se eleva la presi\u00f3n sobre un l\u00edquido \u2012o sea, disminuye su volumen y aumenta su densidad\u2012, el coeficiente de difusi\u00f3n se reduce. Las mol\u00e9culas \u201candan\u201d en forma m\u00e1s lenta. Con el agua, sin embargo, ocurre justamente lo contrario. La elevaci\u00f3n de la presi\u00f3n conduce al aumento de su coeficiente de difusi\u00f3n. En tal condici\u00f3n, las mol\u00e9culas del agua aceleran su movilidad en lugar de reducirla, como ser\u00eda seg\u00fan el comportamiento est\u00e1ndar.<\/p>\n

\"Una

Universidad de Barcelona<\/span>Una simulaci\u00f3n retrata al agua recluida en nanocanales: propiedades \u00fanicas a -100\u00baCUniversidad de Barcelona<\/span><\/p><\/div>\n

Ese comportamiento puede observarse en una simulaci\u00f3n relatada por Barbosa y sus colaboradores en un art\u00edculo publicado el 23 de agosto del a\u00f1o pasado en la revista Journal of Chemical Physics<\/em>. En el experimento, los tetr\u00e1meros de agua se encuentran en dos recipientes conectados por un nanotubo. Cuando las compuertas que taponan ambas extremidades del nanotubo se abren, las mol\u00e9culas de agua comienzan a ingresar en el interior del nanotubo. Hasta un determinado di\u00e1metro del nanotubo, alrededor de 1 nan\u00f3metro, el agua se comporta de la manera tradicional.\u00a0Un menor espacio significa menor difusi\u00f3n de sus mol\u00e9culas. Empero, por debajo de ese l\u00edmite, las mol\u00e9culas pasan a \u201cir\u201d m\u00e1s de prisa, en lugar de aminorar su desplazamiento. As\u00ed surge dicha anomal\u00eda de difusi\u00f3n. El mayor desplazamiento de las mol\u00e9culas en el nanotubo m\u00e1s delgado ocurre, seg\u00fan Barbosa, porque un \u00e1mbito cerrado con tales dimensiones produce la referida competencia de escalas entre los tetr\u00e1meros. Cada conglomerado de mol\u00e9culas de agua oscila entre las dos escalas de su potencial de interacci\u00f3n, entre situarse m\u00e1s cerca o m\u00e1s lejos de otros tetr\u00e1meros. Esa danza interna de cada grupo de cuatro mol\u00e9culas reorganiza constantemente la estructura interna del agua. En los nanotubos mayores no se evidencia ese efecto y los tetr\u00e1meros de H2O tienden a permanecer solamente en la escala menos energ\u00e9tica, la m\u00e1s estable.<\/p>\n

Existen decenas de modelos te\u00f3ricos que intentan explicar y reproducir mediante simulaciones computacionales algunas de las 69 anomal\u00edas t\u00e9rmicas, estructurales o din\u00e1micas conocidas del agua. No todos los comportamientos extra\u00f1os del H2O se manifiestan en circunstancias tan espec\u00edficas, como sucede con las anomal\u00edas de difusi\u00f3n y de flujo dentro de nanotubos. Al ser tan habituales, algunas excentricidades del agua pasan casi desapercibidas. La mayor\u00eda de los l\u00edquidos reduce su tama\u00f1o y se torna m\u00e1s denso cuando se lo enfr\u00eda. En el caso del agua ocurre lo contrario. A 0\u00baC, el hielo es un 9% menos denso que el agua. Por eso flota sobre el l\u00edquido. Otra extravagancia del agua puede comprobarse al ba\u00f1arse en el mar. Quien haya estado en la playa en un d\u00eda de calor intenso habr\u00e1 notado que el agua siempre est\u00e1 bastante m\u00e1s fr\u00eda que la arena. Ambas se encuentran expuestas a los mismos rayos solares, pero la s\u00edlice de la arena se calienta m\u00e1s que el oc\u00e9ano. Esto sucede porque el agua posee un calor espec\u00edfico bastante mayor que el de la arena. Se necesita exponerla a una cantidad enorme de calor para que su temperatura var\u00ede m\u00ednimamente. \u201cComo contamos con bastante agua, su alto calor espec\u00edfico resulta ben\u00e9fico para la vida\u201d, afirma Barbosa.<\/p>\n

Modelo minimalista<\/strong>
\nPara el fisicoqu\u00edmico Munir Salom\u00e3o Skaf, del Instituto de Qu\u00edmica de la Universidad de Campinas (Unicamp), es \u201cincre\u00edble\u201d que un modelo tan econ\u00f3mico como el que adopt\u00f3 su colega de la UFRGS logre explicar incluso el comportamiento del agua recluida. \u201cContrariamente a los abordajes atom\u00edsticos ampliamente utilizados en la qu\u00edmica y en la f\u00edsica para describir al agua como medio solvente, el modelo desarrollado por Barbosa puede clasificarse como \u2018minimalista\u2019\u201d, sostiene Skaf. \u201cElla intenta captar lo m\u00e1s esencial en la f\u00edsica del problema de una manera sencilla. En el caso del agua, todo parece resumirse a la existencia de dos escalas espaciales distintas en las interacciones presentes en el l\u00edquido\u201d. El f\u00edsico te\u00f3rico Giancarlo Franzese, de la Universidad de Barcelona, tiene una opini\u00f3n similar. \u201cLas aproximaciones que constituyen la base del modelo de Barbosa limitan parcialmente su capacidad para describir al agua, pero puede tom\u00e1rselo como una interesante alternativa para describir sistemas con las mismas propiedades an\u00f3malas del agua\u201d.<\/p>\n

Siendo un productivo investigador en ese campo de estudios, Franzese public\u00f3 en 2011 una simulaci\u00f3n que revela que el agua l\u00edquida atrapada en nanocanales y enfriada hasta alrededor de -100\u00baC \u2012en efecto, el agua puede ser l\u00edquida a temperaturas tan bajas\u2012 presenta propiedades \u00fanicas. Aunque apuesta por la contribuci\u00f3n que brindan modelos te\u00f3ricos m\u00e1s simples, el italiano cree que algunas anomal\u00edas del agua s\u00f3lo podr\u00e1n explicarse por efectos cu\u00e1nticos.<\/p>\n

Art\u00edculos cient\u00edficos<\/em>
\nBORDIN, J. R. et al<\/em>. Relation between flow enhancement factor and structure for core-softened fluids inside nanotubes<\/a>. Journal of Physical Chemistry B<\/strong>. v.117, n.23, p. 7.047-56. 21 may. 2013.
\nBORDIN, J. R. et al<\/em>. Diffusion enhancement in core-softened fluid confined in nanotubes.<\/a> Journal of Chemical Physics<\/strong>. v. 137, n. 8. 23 ago. 2012.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Las anomal\u00edas de las mol\u00e9culas de H2O son reproducidas en un modelo te\u00f3rico","protected":false},"author":13,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[181],"tags":[304],"coauthors":[101],"class_list":["post-127919","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-ciencia-es","tag-fisica-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/127919","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/13"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=127919"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/127919\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=127919"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=127919"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=127919"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=127919"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}