A diferencia de las relaciones humanas, la física de partículas es estricta cuando se trata del dicho “lo similar se repele, lo opuesto se atrae”. De la misma manera que los mismos polos de dos imanes cualesquiera se resisten al contacto, las cargas negativas y positivas sienten una aversión universal hacia su propia compañía.
Sin embargo, químicos de la Universidad de Oxford han descubierto una historia en un tubo de ensayo que demuestra que el amor siempre encontrará una manera. Incluso entre partículas de la misma carga.
“Todavía me resulta fascinante ver cómo se atraen estas partículas, incluso después de haberlo visto miles de veces”. dice
Suspenda múltiples electrones en un vacío completo y mirarán como dagas electromagnéticas, empujándose entre sí con una fuerza representada por ley de Coulomb. Del mismo modo, los protones en el vacío del espacio también se verán separados en virtud de sus cargas positivas compartidas.
Por otro lado, mézclalo con partículas dominadas por diferentes cargas y observa cómo se producen los fuegos artificiales. De hecho, literalmente: la química no sería la misma sin la ley de Coulomb que impulsa las telenovelas sobre triángulos amorosos atómicos.
Para simplificar las cosas, los químicos suponen que esta ley es tan válida para las partículas cargadas que flotan en una solución como para esas mismas partículas en el vacío. Wang y su equipo consideraron la posibilidad de que las reglas no sean tan simples cuando se trata de un solv ente.
En una serie de experimentos basados en partículas de sílice en diferentes tipos de solución, los investigadores midieron factores como la acidez y la estructura molecular del disolvente para determinar la fuerza de las interacciones de las partículas. Utilizando un microscopio óptico, también calcularon las distribuciones de densidades de partículas.
Según sus observaciones, quedó claro que las partículas de sílice cargadas negativamente en las soluciones a base de agua no se separaban como lo harían en un espacio vacío ideal. Lejos de eso, en realidad se unieron.
Una posible explicación podría encontrarse en los exámenes del pH de la solución, que afectó la fuerza de la atracción cuando se modificó de un 4 relativamente ácido a un 10 bastante básico.
Curiosamente, las partículas de sílice modificadas para tener una carga positiva no se comportaron de esta manera en absoluto, al menos no en soluciones acuosas. Sin embargo, otros experimentos utilizando alcohol como disolvente brindaron una excelente oportunidad para que las partículas cargadas positivamente se acercaran entre sí.
Estas fuerzas de atracción recién descubiertas se observaron a largas distancias y fueron contrarrestadas por la repulsión esperada a distancias más cortas.
Aunque las interacciones entre las partículas y el disolvente son complejas, está claro que son lo suficientemente significativas como para abrumar las siempre presentes fuerzas de Coulomb que normalmente separan las partículas dominadas por la misma carga.
En lo que los investigadores denominan “fuerza de electrosolvatación“, la estructura de la solución y sus propios componentes cargados interactúan con las superficies de las partículas suspendidas de una manera que crea una fuerza de atracción neta, atrayendo la sílice en grupos a pesar de su repulsión.
Los hallazgos podrían tener implicaciones significativas en casi cualquier área de la ciencia donde los movimientos de partículas cargadas en una solución sean importantes, potencialmente informando avances en cualquier ámbito, desde el desarrollo farmacéutico hasta la comprensión de enfermedades y el diseño de nuevos tipos de nanotecnología.
“Las moléculas con carga similar en solución pueden, de hecho, experimentar una atracción fuerte y de largo alcance contraintuitiva, incluso en condiciones fisiológicas”, Wang y sus colegas concluir.
De repente, el romance humano no parece tan complicado.
Esta investigación fue publicada en Nanotecnología de la naturaleza.