La dispersión de neutrones y el modelado computacional han revelado un comportamiento único e inesperado de las moléculas de agua bajo confinamiento extremo que no tiene comparación con ningún estado conocido de gas, líquido o sólido.
en un artículo publicado en Cartas de revisión física , investigadores del Laboratorio Nacional Oak Ridge del Departamento de Energía describen un nuevo estado de túnel de moléculas de agua confinadas en canales hexagonales ultrapequeños - 5 angstrom de ancho - del mineral berilo. Un angstrom es 1/10 billonésima de unmetro, y los átomos individuales son típicamente de aproximadamente 1 angstrom de diámetro.
El descubrimiento, hecho posible con experimentos en la fuente de neutrones Spallation de ORNL y el Laboratorio Rutherford Appleton en el Reino Unido, demuestra características del agua bajo confinamiento ultra en rocas, suelo y paredes celulares, que los científicos predicen que serán de interés en muchas disciplinas.
"A bajas temperaturas, este agua de túnel exhibe movimiento cuántico a través de las paredes potenciales de separación, lo cual está prohibido en el mundo clásico", dijo el autor principal Alexander Kolesnikov de la División de Materiales Químicos e Ingeniería de ORNL. "Esto significa que los átomos de oxígeno e hidrógenode la molécula de agua están 'deslocalizadas' y, por lo tanto, están presentes simultáneamente en las seis posiciones simétricamente equivalentes en el canal al mismo tiempo. Es uno de esos fenómenos que solo ocurren en la mecánica cuántica y no tienen paralelo en nuestra experiencia cotidiana ".
La existencia del estado de túnel del agua que se muestra en el estudio de ORNL debería ayudar a los científicos a describir mejor las propiedades termodinámicas y el comportamiento del agua en entornos altamente confinados, como la difusión y el transporte de agua en los canales de las membranas celulares, en los nanotubos de carbono y a lo largo de los límites de los granosy en interfaces minerales en una gran cantidad de entornos geológicos.
El coautor de ORNL, Lawrence Anovitz, señaló que el descubrimiento puede provocar discusiones entre los materiales, los científicos biológicos, geológicos y computacionales mientras intentan explicar el mecanismo detrás de este fenómeno y entender cómo se aplica a sus materiales.
"Este descubrimiento representa una nueva comprensión fundamental del comportamiento del agua y la forma en que el agua utiliza la energía", dijo Anovitz. "También es interesante pensar que esas moléculas de agua en su anillo de aguamarina o esmeralda - variedades azules y verdes de berilo- están experimentando el mismo túnel cuántico que hemos visto en nuestros experimentos "
Si bien estudios anteriores han observado la tunelización de hidrógeno atómico en otros sistemas, el descubrimiento de ORNL de que el agua exhibe tal comportamiento de tunelización no tiene precedentes. Los experimentos de dispersión de neutrones y química computacional mostraron que, en el estado de tunelización, las moléculas de agua se deslocalizan alrededor de un anilloentonces la molécula de agua asume una forma doble superior como inusual.
"La energía cinética promedio de los protones de agua obtenidos directamente del experimento de neutrones es una medida de su movimiento a casi cero temperatura absoluta y es aproximadamente un 30 por ciento menor que en agua líquida o sólida a granel", dijo Kolesnikov. "Estoestá en completo desacuerdo con los modelos aceptados basados en las energías de sus modos vibratorios "
Las primeras simulaciones de principio realizadas por Narayani Choudhury del Instituto de Tecnología del Lago Washington y la Universidad de Washington-Bothell mostraron que el comportamiento del túnel está acoplado a la dinámica vibracional de la estructura del berilo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional de Oak Ridge . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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