Lunes, 08 de febrero de 2010
El líquido más extraño: el AguaNos enfrentamos a muchos misterios, desde la naturaleza de la materia oscura y el origen del universo a la búsqueda de una Teoría del Todo. Estos son todos enigmas a gran escala, pero se puede observar otro misterio sin resolver del mundo físico —desconcertante por igual, aunque no tan grande— en la comodidad de su cocina
Simplemente llene un vaso alto con agua fría, tire dentro un cubo de hielo y deje reposar.
El hecho de que el cubo de hielo flote es la primera rareza. Y el misterio crece si se toma un termómetro para medir la temperatura del agua a diferentes profundidades. En la parte superior, cerca del cubo de hielo, la encontrará a alrededor de 0 ° C, pero en el fondo debería ser de alrededor de 4 ° C. Esto es porque el agua es más densa a 4 ° C de lo que es a cualquier otra temperatura, otro rasgo extraño que la diferencia de otros líquidos.
Las propiedades extrañas del agua no terminan ahí, y algunas son vitales para la vida. Debido a que el hielo es menos denso que el agua y el agua es menos densa en su punto de congelación que cuando está ligeramente más caliente, se congela de arriba hacia abajo en lugar de abajo hacia arriba. Así que, incluso durante las edades de hielo, la vida continuó prosperando en la parte baja de los lagos y en el océano profundo. El agua también tiene una extraordinaria capacidad para absorber el calor, y esto ayuda a suavizar los cambios climáticos que de otro modo podrían devastar los ecosistemas.
Sin embargo, a pesar de la enorme importancia del agua para la vida, ninguna teoría ha podido explicar satisfactoriamente sus misteriosas propiedades… hasta ahora. Si hemos de creer a los físicos Anders Nilsson en la Universidad de Stanford, California, y Lars Pettersson de la Universidad de Estocolmo, Suecia, y sus colegas, por fin estamos llegando al fondo de muchas de estas anomalías.
Sus ideas controvertidas amplían una teoría propuesta hace más de un siglo por Wilhelm Roentgen, descubridor de los rayos X, que afirmaba que las moléculas de agua líquida se empaquetan juntas no sólo de una manera, como se puede ver en los libros de texto actuales, sino en dos formas fundamentalmente diferentes.
La clave para comprender los misterios del agua es la manera en que sus moléculas —formadas por dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno— interactúan entre sí. El átomo de oxígeno tiene una ligera carga negativa, mientras que los átomos de hidrógeno comparten una carga positiva que compensa. Por esto, el hidrógeno y los átomos de oxígeno de las moléculas vecinas se atraen entre sí, formando un enlace llamado enlace de hidrógeno.
Los enlaces de hidrógeno son mucho más débiles que los enlaces que unen los átomos en las moléculas, y por eso continuamente se rompen y forman de nuevo, pero son más fuertes cuando las moléculas están dispuestas de manera que cada uno de los enlaces de hidrógeno se alinea con un enlace molecular (ver diagrama). La forma de una molécula de agua es tal que cada molécula de H2O está rodeada por cuatro vecinas organizadas en forma de una pirámide triangular, mejor conocida como tetraedro.
Al menos, esta es la manera se autoorganizan las moléculas en el hielo. Según la visión convencional, el agua líquida tiene una estructura similar, aunque menos rígida, en la que moléculas adicionales se pueden meter en algunas de las brechas abiertas en la disposición tetraédrica. Esto explica por qué el agua líquida es más densa que el hielo, y parece ajustarse a los resultados de varios experimentos en los que se hacen rebotar haces de rayos X, rayos infrarrojos y neutrones en las muestras de agua.
Es cierto que algunos físicos han afirmado que el agua, bajo ciertas condiciones extremas, puede separarse en dos estructuras diferentes (ver “agua extrema”), pero la mayoría ha asumido que adquiere una estructura única en condiciones normales.
Estaban usando espectroscopía de absorción de rayos X para investigar el aminoácido glicina. Los picos en el espectro de absorción de rayos X pueden arrojar luz sobre la naturaleza exacta de los enlaces químicos de la sustancia en juego, y por lo tanto de su estructura. Es importante destacar que los investigadores habían obtenido una nueva fuente de rayos X de alta energía con la que fueron capaces de hacer nediciones más sensibles y precisas que lo que antes era posible. Pronto se dieron cuenta de que el agua que contenía la muestra de glicina estaba produciendo un espectro mucho más interesante que el de los aminoácidos. “Lo que vimos fue sensacional”, recuerda Nilsson, “así que tuvimos que llegar al fondo de eso”.
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