La vida tal como la conocemos no existiría sin ella, pero en comparación con otros líquidos, el agua es un bicho raro. Y, como ahora resulta, es aún más extraño de lo que pensábamos. Los científicos en Japón han demostrado que el agua no tiene una, sino dos estructuras moleculares diferentes cuando está en estado líquido: una tetraédrica y otra no tetraédrica.
Ese descubrimiento, dicen, podría tener implicaciones para nuestra comprensión de los sistemas vivos, que dependen del agua líquida.
El agua es bastante común en la Tierra. Tenemos un planeta muy empapado en comparación con el resto del Sistema Solar. Nos bañamos en ella; nosotros lo bebemos; nos ensuciamos en el verano. Toda la vida en la Tierra depende de ello. Sin embargo, el agua en sí misma, el viejo monóxido de dihidrógeno, es algo realmente peculiar.
Hay una densidad realmente extraña. La mayoría de los líquidos se vuelven más densos cuando se enfrían, lo que resulta en un hielo que es más denso que el líquido. Sin embargo, el agua alcanza su densidad máxima a aproximadamente 4 grados Celsius (39.2 Fahrenheit).
A medida que la temperatura desciende aún más, se vuelve menos densa, por lo que en el punto de congelación, alrededor de 0 grados Celsius (32 Fahrenheit), es menos densa que el agua líquida y flotará en la parte superior.
Además, el agua tiene una tensión superficial inusualmente alta, solo superada por el mercurio líquido; sus puntos de fusión y ebullición son inusualmente altos; y que muchos otros químicos se disuelven en él también es realmente extraño.
En 2018 científicos del Reino Unido y Japón demostraron que estas propiedades peculiares tienen que ver con el disposición tetraédrica de moléculas de agua en forma líquida. Esto significa que cada molécula de agua es unido por hidrógeno a otros cuatro en forma de pirámide rugosa.
Pero aún así, cómo se ordena la estructura ha seguido siendo un tema de debate. Un modelo propone que la estructura molecular del agua es unimodal: son tetraedros hasta el fondo. El otro propone que la estructura es bimodal, que consta de dos estructuras: tetraedros y algo más.
Para tratar de resolver el problema, los científicos industriales de la Universidad de Tokio realizaron simulaciones por computadora y también realizaron experimentos con sílice líquida, uno de los pocos otros líquidos que también se sabe que tiene una disposición molecular tetraédrica.
Estos experimentos se basaron en la difracción de rayos X. La forma en que estas longitudes de onda corta se dispersan de los átomos en las moléculas en el líquido puede usarse para inferir la disposición de esas moléculas.
Específicamente, los científicos observaron los picos en la difracción. Y descubrieron que dos picos de difracción superpuestos estaban ocultos en lo que parecía el primer pico de difracción.
Uno de estos picos fue consistente con la distancia entre los átomos de oxígeno en líquidos normales. El otro fue consistente, los investigadores pudieron demostrar que la mayor distancia entre los átomos de oxígeno se encuentra en los arreglos moleculares tetraédricos.
"Mostramos la primera evidencia numérica clara en el factor de estructura para la coexistencia dinámica de los dos tipos de estructuras locales … que respaldan la descripción de dos estados del agua líquida". los investigadores escribieron en su artículo.
Este hallazgo podría tener implicaciones para la biología molecular, la química y la farmacología, así como para las aplicaciones industriales, dijeron los investigadores.
La investigación ha sido publicada en el Revista de la American Chemical Society.