Referencia: Science.Daily.com, 11 de febrero 2013
Investigadores de la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz (JGU), han confirmado el modelo original de la estructura molecular del agua, por lo que han hecho posible resolver una controversia científica de hace tiempo acerca de la estructura del agua líquida.
El modelo tetraédrico se postuló por primera vez hace casi 100 años, y supone que cada molécula de agua forma un enlace de hidrógeno con cuatro moléculas adyacentes. Este concepto fue casi refutado en 2004, cuando un grupo internacional de investigadores anunció que había establecido experimentalmente que las moléculas de agua forman enlaces solamente con otras dos moléculas.
"La calidad de los resultados fue excelente, pero sólo representan una instantánea de la situación", explicaba el profesor Dr. Thomas Kühne. Se ha demostrado la falacia de la teoría del "doble vínculo" utilizando las simulaciones informáticas basadas en los nuevos tipos de combinaciones de dos métodos de cálculo, desarrollados recientemente por su grupo.
Algunas características del agua son muy especiales y únicas, como su estado de agregación líquida y su alto punto de ebullición, que son atribuibles al efecto de los enlaces de hidrógeno entre las moléculas de agua. Los enlaces de H se forman debido a las diferentes cargas transportadas por el oxígeno y los átomos de hidrógeno que forman las moléculas de agua y de la estructura resultante dipolar.
La visión tradicional, generalmente aceptada, es que el agua tenía una estructura tetraédrica a temperatura ambiente, por lo que de promedio cada molécula de agua estaría vinculada con cuatro moléculas adyacentes a través de dos donantes y dos enlaces aceptadores. "En nuestro enfoque teórico, el resultado medio que observamos a lo largo del tiempo, fue siempre una unión cuádruple", dijo Kühne. Gracias a las nuevas simulaciones, él y su colega, el Dr. Rhustam Khaliullin han sido capaces de confirmar el modelo antiguo y dar una explicación de por qué se observó la doble unión en 2004. Según Kühne, el resultado no era indicativo de la unión doble", sino de una fluctuación instantánea asimétrica".
Hay, por tanto, una asimetría significativa en los cuatro enlaces de H del modelo tetraédrico, debido a la diferente energía de los contactos. Esta asimetría es el resultado de interrupciones temporales de la red de enlaces de hidrógeno, que toman la forma de fluctuaciones de plazo extremadamente cortos, que ocurren en una escala de tiempo de 100 a 200 femtosegundos. Estas fluctuaciones significan que uno de los dos enlaces donadores o aceptores está temporalmente mucho más fuerte que el otro. Sin embargo, precisamente estas fluctuaciones se cancelan entre sí de modo que, en una media de tiempo, la estructura tetraédrica se conserva.
Los resultados reportados en 2004, usando la espectroscopia de rayos X de absorción, se obtuvieron usando moléculas de agua con altos niveles de asimetría momentánea, por lo que esencialmente solamente se observaron dos enlaces fuertes de hidrógeno en una estructura tetraédrica. "Nuestros hallazgos tienen consecuencias importantes, ya que ayudan a conciliar los puntos de vista simétrico y asimétrico sobre la estructura del agua", escriben los científicos, en un artículo publicado en Nature Communications. Dichos hallazgos también pueden ser relevantes para la investigación de sistemas moleculares y biológicos en soluciones acuosas, y proporcionar información sobre el plegamiento de proteínas, por ejemplo.
El trabajo del grupo Thomas Kühne ha sido llevado a cabo dentro de un proyecto de conjunto interdisciplinario y financiado por el Research Unit Center for Computational Sciences at Johannes Gutenberg University Mainz.
Imagen: Modelo de una molécula de agua simétrica con cuatro enlaces (oxígeno rojo e hidrógeno blanco).
Crédito: © Thomas D. Kühne.
Fuente: Universität Mainz .
Publicación: Thomas D. Kühne, Rustam Z. Khaliullin. Electronic signature of the instantaneous asymmetry in the first coordination shell of liquid water. Nature Communications, 2013; 4: 1450 DOI: 10.1038/ncomms2459..
Fuente: Universität Mainz .
Publicación: Thomas D. Kühne, Rustam Z. Khaliullin. Electronic signature of the instantaneous asymmetry in the first coordination shell of liquid water. Nature Communications, 2013; 4: 1450 DOI: 10.1038/ncomms2459..
