Misterul apei: Are două feţe, spun cercetătorii, de aceea este atât de unică

Apa are două feţe, spun cercetătorii.
Apa are două feţe, spun cercetătorii. (Immagine di CSITDMS su Pixabay)

Un studiu italian publicat pe Nature Communication arată că lichidul vital, deşi format din aceiaşi atomi, are o organizare moleculară diferită: una cu o densitate mică, una cu o densitate mare. Aceasta este o ipoteză care ar putea explica anomaliile caracteristicilor sale fizice comparate cu alte lichide.

Structura moleculară a apei: doi atomi de hidrogen legaţi de un atom de oxigen. Este predată în prima lecţie de chimie şi, dacă nu se ştie care este formula chimică a apei, poţi rămâne corijent sau deveni parlamentar.

Dar lucrurile nu sunt atât de simple pe cât par. Moleculele care o compun rămân aceleaşi, dar într-un pahar cu apă, de fapt, există în acelaşi timp două lichide. Acest lucru este demonstrat într-un studiu publicat în Nature Communications de o echipă de cercetători italieni.

Şi nu este vorba desigur de apă plată sau gazoasă: în orice moment unele molecule de apă se comportă ca şi cum ar fi mai dense, iar altele într-un mod mult mai "lichid". Această dublă faţă a apei este ceea ce face atât de dificil pentru oamenii de ştiinţă - caz unic în natură – să descrie matematic structura sa.

Pe scurt, în acelaşi recipient de apă o parte este mai densă decât cealaltă, cu moleculele care se amestecă în mod continuu, astfel încât compusul devine o anomalie în raport cu toate celelalte lichide şi este imposibil să fie descris.

Acesta este rezultatul la care a ajuns grupul de cercetători de la Universitatea din Florenţa şi Institutul Naţional de Optică al Consiliului Naţional de Cercetare, care în studiul lor au găsit o confirmare a ipotezei fizice de existenţa a doua forme distincte de organizare moleculară în apă, printr-o tehnică specială de spectroscopie ultrarapidă bazată pe surse laser.

În practică, oamenii de ştiinţă au fost capabili să măsoare mişcarea moleculelor de apă la temperaturi de 28 de grade sub zero, aducând-o într-o fază metastabilă numită "supercooled" fără să fie congelată. În unele cazuri, legăturile dintre moleculele de lichid sunt puternice şi sunt apropiate de cele ale gheţii, deci cu o densitate mai mică.

"Măsurarea vibraţiilor intermoleculare a detectat prezenţa a doua organizări moleculare majore: una foarte ordonată, foarte similară cu cea prezentă în gheaţă, în timp ce alta este mai puţin ordonată şi mai compactă. Aceste două tipuri de organizări locale de molecule pot fi interpretate ca o dovadă a existenţei apei de densitate mică şi mare", spune unul dintre oamenii de ştiinţă, Renato Torre.

Acesta este motivul pentru care studiul apei este foarte complex: "lichidul este format din molecule relativ simple, dar interconectate prin legături de hidrogen puternice. Aceste caracteristici sunt sursa unor comportamente specifice ale apei şi explică dificultatea de a ajunge la un model fizic final", conchide Tower.

Ipoteza dublei structuri a apei a apărut în urmă cu 15 ani. Oameni de ştiinţă au descoperit că la temperaturi foarte scăzute, atunci când apa se congelează, se formează două tipuri distincte de gheaţă, unul cu o densitate scăzută şi altul de densitate înaltă.