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El agua puede ser líquida, gaseosa o helada, ¿verdad? Piénsalo de nuevo.
El agua en una capa de una molécula no actúa ni como líquido ni como sólido, y se vuelve altamente conductora a altas presiones, según un nuevo artículo publicado en la revista Nature.
El agua atrapada entre membranas o en minúsculas cavidades a nanoescala es habitual. Se puede encontrar en todo, desde las membranas de nuestro cuerpo hasta las formaciones geológicas.
Pero esta agua confinada en monocapas se comporta de forma muy diferente al agua que bebemos.
Hasta ahora, las dificultades para caracterizar experimentalmente las fases del agua en la nanoescala han impedido comprender plenamente su comportamiento.
En el nuevo estudio, el investigador de la Universidad de Cambridge Venkat Kapil y sus colegas se propusieron predecir el diagrama de fases de una capa de agua de una molécula de espesor con una precisión sin precedentes.
Utilizaron una combinación de enfoques computacionales para permitir la investigación a nivel de primeros principios de una sola capa de agua.
Descubrieron que el agua confinada en una capa de una molécula de grosor pasa por varias fases, entre ellas una fase "hexática" y otra "superiónica".
En la fase hexatica, el agua no actúa ni como sólido ni como líquido, sino como algo intermedio.
En la fase superiónica, que se produce a presiones más elevadas, el agua se vuelve altamente conductora, impulsando los protones rápidamente a través del hielo de forma parecida al flujo de electrones en un conductor.
"Para todas estas áreas, la comprensión del comportamiento del agua es la cuestión fundamental", dijo el Dr. Kapil.
"Nuestro enfoque permite estudiar una sola capa de agua en un canal similar al grafeno con una precisión predictiva sin precedentes".
Los investigadores descubrieron que la capa de agua de una molécula de grosor dentro del nanocanal mostraba un comportamiento de fase rico y diverso.
Su enfoque predice varias fases, entre las que se encuentran la fase hexatica -un intermedio entre un sólido y un líquido- y también una fase superiónica, en la que el agua tiene una alta conductividad eléctrica.
"La fase hexatica no es ni un sólido ni un líquido, sino un intermedio, lo que concuerda con teorías anteriores sobre materiales 2D", dijo el Dr. Kapil.
"Nuestro enfoque también sugiere que esta fase puede observarse experimentalmente confinando el agua en un canal de grafeno".
"La existencia de la fase superiónica en condiciones fácilmente accesibles es peculiar, ya que esta fase se encuentra generalmente en condiciones extremas como el núcleo de Urano y Neptuno".
"Una forma de visualizar esta fase es que los átomos de oxígeno forman un entramado sólido, y los protones fluyen como un líquido a través del entramado, como niños corriendo por un laberinto".
"Esta fase superiónica podría ser importante para futuros materiales de electrolitos y baterías, ya que muestra una conductividad eléctrica entre 100 y 1.000 veces superior a la de los materiales actuales para baterías".
"Los resultados no sólo ayudarán a comprender cómo funciona el agua a nanoescala, sino que también sugieren que la "nanoconfinación" podría ser una nueva vía para encontrar el comportamiento superiónico de otros materiales."
Fuentes, créditos y referencias:
Fuentes: Universidad de Cambridge, SciNews
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