Descubrir los secretos de la singularidad del agua
El agua es el recurso más común, aunque quizás el menos comprendido, de la Tierra. Esto se debe a que su comportamiento es muy diferente al de otros líquidos. Los científicos todavía no entienden del todo por qué ocurre esto. «Hay literalmente docenas de anomalías», explica John Russo, coordinador del proyecto SOFTWATER de la Universidad La Sapienza, en Italia. «Por ejemplo, el hielo es menos denso que el agua líquida, por eso flota. Esto es lo contrario de la mayoría de los demás líquidos».
Descubrir las propiedades materiales del agua
Es casi imposible exagerar la importancia del agua. Todas las formas de vida dependen de ella y constituye aproximadamente la mitad del volumen de cada célula biológica viva. Además, es un elemento crucial para los procesos de producción y es fundamental para el sistema climático de nuestro planeta. Por tanto, comprender exactamente dónde se codifican las propiedades materiales del agua podría ser la clave para desentrañar conocimientos sobre toda una serie de asuntos. El equipo del ambicioso proyecto SOFTWATER, financiado por el Consejo Europeo de Investigación, pretendía aplicar técnicas computacionales para intentar desvelar los secretos del agua. Para ello se desarrollaron modelos computacionales de los enlaces tetraédricos de hidrógeno del agua. Estos modelos se fueron modificando gradualmente, hasta que desaparecieron las propiedades anómalas del agua. «La idea era que esto nos indicara qué hace especial al agua y qué debemos cambiar para que se comporte más como otros líquidos», explica Russo. «La técnica computacional nos dio una vía para descubrir comportamientos que normalmente son muy difíciles de captar».
Métodos computacionales para entender el comportamiento de los materiales
De hecho, un éxito clave del equipo del proyecto fue demostrar la utilidad de los métodos computacionales para entender el comportamiento de los materiales. Muchos científicos creen que los secretos de lo que hace que el agua sea «agua» podrían encontrarse en un estado de enfriamiento profundo. En términos experimentales, esto es difícil de conseguir sin que el agua cambie y forme cristales. «Este estado es lo que muchos científicos llaman tierra de nadie, por lo difícil que es acceder a él», añade Russo. «Con nuestro método computacional, lo hemos hecho más accesible y fácil de estudiar». Russo también fue pionero en una nueva forma de conceptualizar el agua, llamándola «líquido medio vacío». Señala que el agua es menos densa que otros líquidos y se mantiene estable al enfriarse. Por el contrario, otros líquidos se vuelven más densos de forma gradual a medida que se enfrían. «El agua permanece "vacía", hasta cierto punto», señala. «Cuando se alcanza este punto y el agua se vuelve más densa, se produce un efecto cascada. Esto explicaría otras propiedades anómalas. Este concepto de "líquido medio vacío" es una forma nueva de pensar sobre el agua».
Modelos de patrones climáticos más precisos
Russo destaca que las aplicaciones potenciales de este trabajo son increíblemente amplias. Entender el comportamiento del agua, y por qué actúa como lo hace, podría ayudar a los científicos a elaborar modelos climáticos más precisos, por ejemplo. El «ajuste» de otras moléculas para que se comporten más como el agua también podría crear nuevas oportunidades industriales. Para ello, Russo quiere ver si su método computacional para «afinar» las moléculas puede aplicarse a mayor escala con coloides, donde las partículas insolubles están suspendidas en otra sustancia. «Esto tiene implicaciones para todos los campos relacionados con el agua», afirma. «La necesidad de entender cómo se comporta el agua es un campo muy amplio».
Palabras clave
SOFTWATER, agua, hielo, líquidos, computacional, clima, hidrógeno