El agua puede parecer un simple líquido; Sin embargo, es cualquier cosa menos fácil de analizar

Interacciones a través de vibraciones

A pesar de agua es a primera vista el aspecto de un líquido simple que tiene muchas propiedades inusuales, una de ellas es que es menos denso cuando se congela que cuando es líquido. En la forma más sencilla líquidos son descritos por la interacción de sus socios directos, que son en su mayoría suficiente para una descripción buena, pero no en el caso del agua: Las interacciones en dímeros de agua representan el 75 por ciento de la energía que mantiene el agua juntos. Martina Havenith, titular de la Cátedra basada en Bochum de Química Física II y portavoz del Cluster del Ruhr explora la solvatación (Resolv) de la excelencia, y sus colegas de la Universidad de Emory en Atlanta, Estados Unidos, ha publicado recientemente una descripción exacta de las interacciones relacionadas con la dímero agua. Con el fin de conseguir el acceso a las interacciones cooperativas, que constituyen el 25 por ciento de la interacción total de agua, el trímero agua tenía que ser investigado.

Ahora, el equipo dirigido por Martina Havenith en colaboración con colegas de la Universidad de Emory y de la Universidad de Mississipi, Estados Unidos, ha sido capaz de describir por primera vez de una manera precisa la energía de interacción entre las tres moléculas de agua. Ellos probaron descripciones teóricas modernas contra el resultado de la huella digital espectroscópico de estas interacciones intermoleculares.

Obstáculos para la investigación experimental

Desde hace más de 40 años, los científicos han desarrollado modelos computacionales y simulaciones para describir las energías implicadas en el trímero agua. Los experimentos han tenido menos éxito, a pesar de algunas ideas pioneras en los estudios de fase gaseosa, y confiar en la espectroscopia. La técnica funciona mediante la irradiación de una muestra de agua con radiación y el registro de la cantidad de luz ha sido absorbido. El patrón obtenido se relaciona con los diferentes tipos de excitaciones de movimientos intermoleculares que implican más de una moléculas de agua. Por desgracia, para obtener estas huellas espectroscópicas de dímeros y trímeros de agua, se necesita para irradiar en la región de frecuencias de terahercios. Y fuentes de láser que proporcionan alta potencia han sido insuficientes para esa región de frecuencia.

Esta brecha técnica se ha llenado recientemente. En la publicación actual, los científicos RUB utilizan los láseres de electrones libres en la Universidad de Radboud en Nijmegen en los Países Bajos, lo que permite altas potencias en la región de frecuencias de terahercios. El láser se aplica a través de pequeñas gotas de helio superfluido, que se enfría a temperaturas extremadamente bajas, al menos 272,75 grados Celsius. Estas gotitas pueden recoger moléculas de agua, uno por uno, lo que permite aislar pequeños agregados de dímeros y trímeros. De esta manera, los científicos fueron capaces de irradiar exactamente las moléculas que querían y para adquirir el primer espectro integral del trímero de agua en la región de frecuencias de terahercios.

Las observaciones experimentales de las vibraciones intermoleculares se compararon con e interpretados usando cálculos cuánticos de alto nivel. De esta manera, los científicos pudieron analizar el espectro y asignar hasta seis vibraciones intermoleculares diferentes.