Trovato un sorprendende livello di ordine sulla superficie di minuscole particelle d’acqua

Siamo circondati da nanoscopiche e microscopiche particelle d’acqua in ambienti idrofobici (idrorepellenti). Inoltre, alcuni processi biologici dipendono dalle interazioni delle particelle d’acqua con altre interfacce – il 60 % del corpo umano stesso è fatto di acqua. Il progetto WII (Water, Ions, Interfaces), finanziato dall’UE, adesso ha contribuito a chiarire gli effetti quantici nell’acqua e sulla gamma di interfacce con le quali le particelle d’acqua interagiscono.

WII è stato creato per arricchire le conoscenze riguardo al modo in cui le proprietà strutturali, dinamiche e biologiche dell’acqua contribuiscono al funzionamento dei sistemi viventi e nella speranza di promuovere altre innovazioni tecnologiche in grado di sfruttare il design della natura. I membri del team del progetto WII hanno recentemente presentato su Nature Communications la loro scoperta che le molecole sulla superficie delle particelle d’acqua sono sorprendentemente più organizzate di quanto si pensasse.

Sull’acqua si svolgono interazioni molecolari

Lo studio pubblicato si proponeva di capire meglio le proprietà e il comportamento delle particelle d’acqua quando erano circondate da una sostanza idrofobica come l’olio, perchè questo ha implicazioni per il funzionamento di tutto il sistema acquoso. Le conoscenze sulle particelle d’acqua sono normalmente dedotte da dati raccolti da studi sulle interfacce macroscopiche aria/acqua o sulle soluzioni acquose di idrofobi solvatati. Come indicano gli autori, si tratta di una metodologia inesatta a causa delle differenze di dimensioni, della composizione chimica e della dipendenza dalla temperatura rispetto agli ambienti di reali particelle minuscole d’acqua, normalmente spesse appena un millesimo di un capello.

I ricercatori di WII hanno sviluppato un metodo unico per esaminare la superficie di queste minuscole particelle. Secondo il coordinatore del progetto WII, la professoressa Sylvie Roke, “Il metodo comporta la sovrapposizione di impulsi laser ultrabrevi in una miscela di particelle d’acqua in olio liquido e la rilevazione di fotoni che si disperdono solo dall’interfaccia. Continua spiegando che “Questi fotoni hanno la frequenza totale dei fotoni in arrivo e hanno quindi un colore diverso. Con questo colore nuovo, possiamo determinare la struttura dell’interfaccia”.

I ricercatori hanno scoperto che la superficie delle particelle d’acqua è molto più ordinata di quella dell’acqua normale e si può in qualche modo paragonare a quella del ghiaccio, con molecole che hanno legami a idrogeno molto forti, con una configurazione tetraedrica (a forma di piramide) stabile intorno a ogni molecola. Sorpredentemente questa disposizione appariva anche sulla superficie delle minuscole particelle persino a temperatura ambiente, una temperatura cioè 50 °C più alta di quella alla quale si poteva prevedere il fenomeno.

Si sa che la rete 3D con legami a idrogeno dell’acqua è cooperativa e che si ridispone ogni pochi femtosecondi (un quadrilionesimo di secondo) con interazioni a livello quantico che ne determinano le proprietà. Uno dei principali contributi di WII è stato l’aver approfondito questa tempistica a livello quantico in femtosecondi arrivando fino al livello e ai tempi macroscopici. Questi risultati potrebbero essere usati per far luce su una serie di processi atmosferici, biologici e geologici.

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