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La mecánica cuántica desentraña los misterios del agua

Un modelo informático basado en la ecuación de Schrödinger descubre la interacción de sus moléculas


La ecuación de Schrödinger, uno de los fundamentos de la teoría de la mecánica cuántica, ha desvelado el funcionamiento de las moléculas del agua gracias al uso de un conjunto de ordenadores superpotentes. Formada por dos átomos de hidrógeno y por uno de oxígeno, se cree que el secreto de las propiedades de este líquido tan común como misterioso radica en la capacidad de sus moléculas para formar determinados enlaces entre los átomos de hidrógeno. El desarrollo de este nuevo modelo informático podría tener múltiples aplicaciones, y quizá resuelva determinadas cuestiones como la razón por la que el agua, en estado sólido (hielo), no se hunde dentro de sí misma. Por Yaiza Martínez.





Omololu Akin-Ojo and David Barczak. University of Delaware.
Omololu Akin-Ojo and David Barczak. University of Delaware.
Omololu Akin-Ojo and David Barczak. University of Delaware.
Omololu Akin-Ojo and David Barczak. University of Delaware.
Esencial para todas las formas de vida, y objetivo eterno de estudio, el agua es una sustancia con algunos misterios que aún no han podido ser revelados, al menos desde la física clásica.

El acercamiento a este extraño elemento constitutivo, sin embargo, desde la perspectiva de la física cuántica (desde la ecuación de Schrödinger para ser más exactos), y gracias al uso de un conjunto de ordenadores superpotentes, ha revelado la estructura subyacente del conjunto de moléculas aparentemente sencillas del agua, que están formadas “tan sólo” por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno.

El logro lo ha alcanzado un equipo de científicos de la universidad norteamericana de Delaware y de la Radboud University de Holanda, que han desarrollado un nuevo método para desvelar las propiedades ocultas del agua, y sin necesidad de concienzudos experimentos de laboratorio: simplemente, informática.

Principios fundamentales

Y es que, en teoría, toda la química y la física de la materia a escala macroscópica podría ser descrita íntegramente por una enorme ecuación de Schrödinger aplicable a más de 10 elevado a 23 átomos de una unidad de materia.

Utilizar esta ecuación y aplicarla de manera eficaz es actualmente posible gracias al uso de ordenadores con una capacidad de cálculo superpotente, que permitirían comprender algunas de las enigmáticas propiedades del agua. Este tipo de herramienta informática de análisis ya se ha aplicado en otros campos, como la meteorología y la mecánica celeste.

Los resultados de la investigación han sido publicados por la revista Science y han sido explicados en un comunicado de la universidad de Delaware. La investigación ha estado liderada por el profesor de física y astronomía de dicha universidad, Krzysztof Szalewicz, que ha colaborado con Robert Bukowski, de la Cornell University, y Gerrit Groenenboom y Ad van der Avoird, del Institute for Molecules and Materials de la Radboud University.

Propiedades extrañas

Todo el mundo sabe que una molécula de agua es H2O, pero, aunque su composición parezca simple, el agua líquida en realidad es mucho más compleja que eso. Por ejemplo, señala Szalewicz, contrariamente a otros líquidos, el agua aumenta de volumen cuando se congela, lo que explica que el hielo flote en el agua. Por otro lado, el agua puede absorber grandes cantidades de calor antes de empezar a calentarse y lo libera lentamente mientras se enfría.

Las características únicas del agua parecen relacionarse con su estructura molecular y con la capacidad de sus moléculas para formar enlaces de hidrógeno con otras moléculas de agua. El hidrógeno de la molécula del agua tiene una carga ligeramente positiva, mientras que la carga del otro extremo de la molécula es ligeramente negativa.

Tradicionalmente se pensó que en el agua en estado líquido cada molécula se coordinaba con una media de otras cuatro moléculas gracias a estos enlaces de hidrógeno. Sin embargo, posteriormente se descubrió que esta coordinación tiene lugar sólo con dos moléculas.

Ambigüedades

Todas estas ambigüedades del agua han sido estudiadas desde la mecánica cuántica por Szalewicz y sus colegas, aplicando leyes de la física a un nivel microscópico.

El resultado: los investigadores han conseguido generar un nuevo marco teórico para describir la estructura y el comportamiento de la molécula del agua átomo a átomo, gracias a los ordenadores de última generación, multiprocesadores, capaces de aportar soluciones bastante ajustadas de las ecuaciones de la mecánica cuántica para la descripción de las fuerzas que ejercen unas moléculas del agua sobre otras. Esto debería permitir desvelar el porqué de las extrañas propiedades de este líquido.

Con un conjunto de ordenadores Linux funcionando en paralelo, y que realizaron cálculos a gran escala, el estudio tardó varios meses en completarse. El nuevo modelo puede predecir con bastante exactitud, tanto las propiedades de un par de moléculas de agua, como las del agua en estado líquido.

Las aplicaciones de este novedoso modelo, señalan los investigadores, van desde la posibilidad de comprender mejor el agua en diversos estados y en condiciones extremas, hasta el estudio de otros líquidos y sistemas moleculares, el ADN en biología o el llamado plegamiento de proteínas (proceso por el que una proteína alcanza su estructura tridimensional), entre otras.


Viernes, 16 de Marzo 2007
Yaiza Martínez
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Nota



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1.Publicado por EMP el 17/07/2007 12:31
Estas son las noticias que me gustan :)

2.Publicado por Monteagudo el 11/03/2008 14:17
La razón por la que no nos detenemos habitualmente a reflexionar sobre la enorme complejidad de las interacciones moleculares del agua, es porque resulta muy habitual para nosotros, desde antes de nacer los seres humanos estamos en contacto y estrechamente vinculados con el agua, dependemos absolutamente del agua para la vida y es un bien preciado y muy cotidiano para nosotros. Por este motivo, me complace felicitarles por la reseña de esta noticia científica que nos invita a reflexionar sobre los enigmas que entraña un elemento tan común y familiar para todos nosotros.


Pierre Monteagudo

3.Publicado por raul alberto familia ulerio el 03/09/2008 05:18
liberalmente la dependencia funcional de la quimica esta penetrando a la proporcion de identificar particularmente los valores del agua en la desproporcion desequlibradas; un compuesto que gravitacionalmente se define como una metafora particular en sus lectores; el quimico es un perro con manos en las efinges sacastica de la piramides, saturando aqui su decriciones ante la eras particulas de lo que persiven funcionalmente donde se reconocen detalles particulares en la congenicion basica de su cambios u trasformaciones, e veras la teoria de que el agua no es simplemente H2O donde la teoria lo expone en relatividad cambiante gradualmente ante su temperaturas desconociendo el intervalo magnetico de su congeturas ; porque un diodo magnetico puede funcional ante la proporcion relevante de una inercia al desplasarce reteniendo o dejardo particula de adctracion ante la definicion conjunta del potencial que lo promuebe, miremo aqui ante su parecido la pesecion naturar de la gravedad i el clima, organicamente definimos sus valores por una temperatura sugetiva a la localidad de definicion distocionando la realidad de esta; vivimos en un nivel que el centigrado es el centro de apoyo en eso cambios donde existe centigrado de Celsius centigrado de centigrado i centigrado de Fahrenheit donde la lectura unilatera de todo los compuesto o componente en la relatividad gravitacion reaccionan su valor por igual desconiendo los descomunal de la fuerza o la insconsitencia ante su estremos de evaluacion
si centigrado redime ese control ante la exprecion intangible de los resultado por su localidad en realidad quien es cersius que tiene una dependencia propia i particula en tener por igual un contro relativo igual que el que define centigrado i cual a de ser su localidad para conservarse en la igualdad de su valores en comparacion cersius de cercius cercius de centigrado i cersius de Fahrenheit igual lo es Fahrenheit en su estapa de comparacion, excluido de lo simiento de la tierra solo existe cersius alli congeniando ante su propocion de localidad i adtuando como laser el contror gradual de los glaciares en nuesta superfie; dajando yo aqui como tarea la difuncion del salitre oceanico en expora de manatial la creacion relatividad del agua dulce; progenitando ante sus cambio el magnetimos definido de su trasformacion. ¿cuanta classe de agua pueden existir?


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