El agua es vital para la vida en la Tierra y tiene propiedades únicas que la hacen especial, sin embargo la ciencia aún no logró comprender cómo interactúan sus moléculas. Ahora, investigadores de la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL), en Suiza, desarrollaron una nueva técnica láser que permite observar más de cerca las conexiones invisibles entre sus moléculas.
Este avance ayuda a los científicos a entender los “enlaces de hidrógeno”, fuerzas microscópicas que son clave para las propiedades singulares del agua, como su capacidad para disolver otras sustancias, almacenar calor y formar hielo.
Los enlaces de hidrógeno se crean cuando las moléculas de agua, compuestas por hidrógeno y oxígeno, se atraen entre sí. Esta atracción no es tan fuerte como un enlace químico completo, pero es suficiente para mantener las moléculas unidas y crear una red tridimensional que confiere al agua sus características.
Las redes mencionadas se forman y deshacen constantemente, como si las moléculas de agua “bailaran” unas alrededor de otras. Esto permite que el agua sea líquida en un amplio rango de temperaturas, además de darle otras propiedades importantes.
Un láser que revela los secretos del agua
Para los científicos, esta “danza” de moléculas sigue siendo un enigma porque implica fenómenos muy complejos a nivel cuántico, el mundo de lo extremadamente pequeño. Hasta hace poco, estudiar estos detalles solo era posible a través de simulaciones en computadora; no había una forma de medir experimentalmente cómo interactuaban las moléculas en tiempo real.
Para estudiar estas interacciones, el equipo de la EPFL, liderado por la investigadora Sylvie Roke, desarrolló una técnica llamada espectroscopia vibratoria correlacionada, o CVS, por sus siglas en inglés. Esta técnica utiliza pulsos de láser ultrarrápidos, llamados pulsos de femtosegundo, que son tan cortos que pueden “congelar” los movimientos de las moléculas de agua en un instante.
Con este enfoque, los científicos pueden observar cómo las moléculas de agua interactúan y distinguir entre aquellas que están formando enlaces de hidrógeno y las que no.
Antes de este avance, otros métodos de espectroscopia no podían diferenciar estas moléculas, y los investigadores solo obtenían una “mezcla” de información de todas ellas juntas. La nueva técnica CVS permite ver los enlaces de hidrógeno en detalle, lo cual es crucial para entender cómo se comportan y cómo influyen en las propiedades del agua.
¿Cómo funciona la CVS?
Para usar la CVS, los investigadores dirigen un rayo láser en el rango del infrarrojo hacia el agua líquida. Este rayo provoca que las moléculas de agua empiecen a “vibrar” y se muevan ligeramente, generando una luz visible que el equipo puede medir. Esta luz contiene una gran cantidad de información: su color y su patrón de dispersión indican cómo están dispuestas las moléculas de agua y cómo interactúan entre ellas.
A diferencia de los métodos tradicionales, donde se coloca el detector a 90 grados del láser, en la CVS los científicos colocaron el detector en otro ángulo y usaron diferentes combinaciones de luz polarizada. Esto les permite obtener espectros diferentes para las moléculas que están formando enlaces de hidrógeno y para aquellas que no, lo cual no había sido posible antes.
Aplicaciones de la CVS: más allá del agua
La CVS tiene el potencial de ser utilizada para investigar otras soluciones químicas, como electrolitos, azúcares, proteínas e incluso ADN. Con esta tecnología, los científicos podrían obtener nuevos conocimientos sobre la estructura y el comportamiento de moléculas complejas, abriendo las puertas a avances en la medicina, la química y la biotecnología.
Al ser capaz de medir directamente la fuerza de los enlaces de hidrógeno, CVS se convierte en una herramienta poderosa que permitirá estudiar con detalle las interacciones moleculares en diversos líquidos. Este método podría utilizarse para explorar cómo se comportan las moléculas en soluciones biológicas, como la sangre o el líquido intracelular, lo que podría ayudar a los científicos a entender mejor las reacciones químicas fundamentales para la vida.
Un avance significativo para la ciencia
La CVS permitirá a los investigadores estudiar los enlaces de hidrógeno y sus efectos en tiempo real, algo que hasta hace poco era solo una posibilidad teórica. Con esta técnica, la ciencia da un salto en la capacidad de observar los detalles ocultos del mundo molecular, lo cual promete beneficiar a numerosas disciplinas científicas.
Este avance no solo ayuda a entender mejor el agua, sino que también abre nuevas oportunidades para estudiar otros líquidos y soluciones, lo que puede resultar en aplicaciones innovadoras en áreas que van desde la medicina hasta la fabricación de materiales avanzados. La técnica CVS es una herramienta que promete revelar secretos que antes estaban fuera de nuestro alcance, permitiendo un mayor entendimiento de los procesos fundamentales de la naturaleza y ampliando los límites de la ciencia moderna.
