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Con los científicos descodificando el ADN y partiendo los átomos, podríamos pensar que la ciencia del agua de todos los días, la sustancia más básica para la vida, está bien comprendida. Pero…

…experimentos recientes buscando como se enlazan las moléculas del agua caliente han llevado a resultados conflictivos. Los científicos admiten ahora que no comprenden la complejidad de como funciona el agua caliente.

"La estructura del agua – la razón para sus muy peculiares propiedades – es una gran pregunta dentro de la Química y la Física”, dijo Richard Saykally de la Universidad de California, en Berkeley.

Estudios conflictivos

El agua fue sacada a la luz científica este pasado mes de Abril, cuando un equipo de científicos encabezados por Anders Nilsson del Stanford Linear Accelerator Center presentó evidencias de que el agua se encuentra unida más débilmente de lo que se pensaba previamente.

La respuesta no ha sido del todo bienvenida. “Mucha gente tiene una opinión muy firme acerca del agua”, Nilsson dijo en una entrevista telefónica.

En una conferencia reciente sobre el agua, algunos de los asistentes pasaron toda la noche debatiendo estos resultados. Saykally fue uno de ellos.

Él llama a los resultados del grupo de Nilsson una revisión drástica de como se comprende al agua caliente. "Si están en lo correcto, van a ganar un Premio Nóbel”, le dijo Saykally a LiveScience. Pero él no cree que estén en lo cierto.

En la edición del 29 de Octubre de la revista Science, Saykally y sus colaboradores publicaron resultados que contradicen lo encontrado por los revisionistas.

Falta de entendimiento

El agua forma el 70 por ciento de la superficie de la Tierra y es el principal componente – alrededor del 80 por ciento – de todos los seres vivos.

Pero está muy lejos de ser algo común. La forma sólida del agua – hielo – flota en vez de hundirse, como sucede con muchas otras sustancias. El agua almacena el calor excelentemente. Su alta tensión superficial muestra como sus moléculas no muestran deseos de separación. Entender las peculiaridades del agua requiere de un estudio detallado de sus interacciones moleculares.

"Creemos entender todo lo que existe acerca de una simple molécula de agua”, dijo Saykally. “Lo que no entendemos tan bien es como interactúan una con otra”. Una sola molécula de agua se parece a una V, con un átomo de oxígeno en el punto de abajo y dos átomos de hidrógeno en las puntas.

Estos átomos comparten algunos de sus electrones cargados negativamente, formando una fuerte conexión denominada una unión covalente. El átomo de oxígeno agarra más de los electrones compartidos, lo cual lo hace más ligeramente negativo, dejando a las terminales de hidrógeno ligeramente positivas.

Este pequeño cambio de carga es lo que atrae a las moléculas unas con otras. Saykally describe a cada molécula de agua como si tuviera pies y manos. Las manos son los átomos de hidrógeno cargados positivamente, mientras que los pies cuelgan del lado negativo del oxígeno. "Las manos no pueden agarrar a las manos y los pies no pueden asir los pies”, dijo Saykally, pero las manos pueden asirse de los pies y eso es lo que se denomina un enlace de hidrógeno.

Los enlaces de hidrógeno son 10 veces más débiles que los enlaces covalentes, pero son la clave de los misterios del agua.

Rompiendo las uniones

En el hielo, cada molécula se toma de los pies y manos de sus vecinos más cercanos. La colocación de estos vecinos forma un tetraedro, o pirámide de tres lados. Cuando el hielo se funde, la gran pregunta es qué es lo que le sucede a esta forma.

La imagen tradicional, la que defiende Salkally, es que el agua continúa viéndose – en la mayor parte – como hielo con cuatro uniones de hidrógeno alrededor de cada molécula.

La diferencia en la forma líquida es que, en un momento dado, aproximadamente el 10 por ciento de los enlaces de hidrógeno se rompen.

El grupo de Nilsson, por contraste, reclama que el agua adquiere una nueva estructura, en la cual una molécula toma esencialmente solo a dos de sus vecinos – con tan solo una mano y un pie.

A temperatura ambiental, el 80 por ciento de las moléculas del agua se encuentran en este estado, mientras que el resto tiene los tradicionales cuatro enlaces de hidrógeno. La implicación de este nuevo modelo de doble ligadura es que el agua líquida estaría formada mayormente de cadenas y quizá anillos cerrados, en oposición al formato más cerrado del tetraedro.

Detrás de la controversia

Los dos grupos basan sus imágenes por separado en diferentes interpretaciones de datos de rayos X. Cuando un rayo-X toca una molécula de agua, golpea a un electrón fuertemente unido en el borde de la molécula. Es como patear al planeta Mercurio hasta la órbita de Plutón. Los físicos midieron esta energía de golpeo, que depende del ambiente de la molécula de agua.

En un sentido, el electrón de la órbita de Plutón actúa como un microscopio que los investigadores utilizan para ver que tipo de uniones ha realizado una molécula con sus vecinos.

Poder interpretar los datos de este microscopio no es nada fácil, sin embargo, Nilsson y su grupo utilizaron simulaciones por ordenador, los cuales verificaron con pruebas en sustancias más simples, como el hielo.

Cuando miraron a sus mediciones del agua, encontraron que el ordenador daba como mejor formación al perdedor, la estructura de la doble unión.

Pero Saykally no cree que estas simulaciones puedan ser llevadas al agua líquida. El grupo de Saykally evitó la necesidad de modelos de ordenador midiendo como afectaba la temperatura del agua a las mediciones con rayos-X. A mayores temperaturas las uniones deberían de doblarse y alargarse y el microscopio debería ser capaz de verlo.

A su vez, Nilsson, no encuentra convincente el método de Saykally. "Hay demasiadas suposiciones en su análisis”, dijo Nilsson. También cree que las mediciones de temperatura del equipo de Saykally pueden estar equivocadas por las comparaciones a los datos de su propio grupo.

Nilsson y Saykally no-solo son científicos discutiendo un tema. Son amigos. Y hay algo en lo que están de acuerdo: “El debate muestra que no entendemos al agua demasiado bien – al menos a escala del microscopio”, dijo Nilsson. Saykally no pudo pensar en un experimento que pueda resolver este desacuerdo a corto plazo.

“El tema se mantendrá vigente por algún tiempo”, dijo. Espera que él y su amigo puedan reunirse a tomar una cerveza y gozar de las peculiaridades de la sustancia denominada agua, mientras discuten el tema más a fondo.

Escrito por: Michael Schirber Dic. 1º - 2004.
Traducción de: Liberto
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