Tras la pista de la disolución: solo 30 moléculas de agua separan la sal
El proceso se ha hecho visible por primera vez con precisión atómica gracias a la espectroscopia electrónica de ultraalta resolución
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¿Cuánta agua necesita realmente una molécula de sal para disolverse? Un equipo internacional de investigación, en el que participa la Universidad de Kassel, ha logrado visualizar por primera vez este proceso con precisión atómica. El estudio demuestra que las partículas solo se separan de forma permanente a partir de unas 30 moléculas de agua. Estos hallazgos aportan conocimientos fundamentales para la química, la biología y la investigación atmosférica.
Ya sea en los océanos, en el suelo o en las células vivas: la sal (cloruro de sodio, NaCl) se disuelve en todas partes a nuestro alrededor. Sin embargo, hasta ahora la física carecía de una imagen precisa de lo que ocurre paso a paso cuando las moléculas entran en contacto. Un equipo de investigación dirigido por el Prof. Dr. Marcel Mudrich, del Instituto de Física de la Universidad de Kassel, ha seguido por primera vez el proceso molécula a molécula.
Para sus análisis, los investigadores utilizaron un método especial: incrustaron las partículas en minúsculas nanogotas de helio cercanas al cero absoluto y estudiaron el proceso mediante espectroscopia electrónica de ultraalta resolución. Las simulaciones por ordenador complementarias permitieron visualizar las microestructuras resultantes. De este modo, los investigadores pudieron aislar cómo las moléculas de agua individuales debilitan el enlace entre el sodio y el cloro, hasta que finalmente se forma una capa de hidrato completa alrededor de ambos iones.
Las moléculas de agua envuelven a los iones a diferentes velocidades
Las mediciones muestran diferencias claras entre ambos iones: mientras que un ion cloruro ya queda completamente rodeado por unas 17 moléculas de agua, un ion sodio necesita hasta 34 moléculas. Solo a partir de un umbral de unas 30 moléculas de agua los iones permanecen separados de forma permanente. «El agua envuelve a los iones paso a paso, como un velo que disuelve la sal gradualmente», explica Mudrich. «Gracias a un nuevo método de medición, hemos podido demostrar por primera vez cuándo los iones se separan por completo y quedan envueltos por el agua».
Los conocimientos básicos mejoran los modelos de la naturaleza y la química
Dado que se trata de investigación básica pura, lo primordial no es la utilidad inmediata en la vida cotidiana, sino la comprensión fundamental de un proceso natural clave. Muchas reacciones químicas y biológicas tienen lugar en un entorno acuoso. Sin embargo, en un líquido normal apenas es posible aislar los distintos pasos intermedios.
«Nuestro método permite, en cierto modo, añadir de forma selectiva moléculas de agua individuales y observar en directo cómo cambia la estructura electrónica», explica Mudrich. «A largo plazo, este conocimiento ayuda a comprender mejor los procesos químicos y biológicos —por ejemplo, en la química atmosférica o marina— a nivel molecular y a representarlos de forma más realista en modelos informáticos».
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