Fluctuaciones locales correlacionadas en la red de enlaces de hidrógeno del agua líquida

Área de la Ciencia:

• Química Física
• Física de la materia condensada
• Ciencias de los materiales

Sus antecedentes:

• La separación de fases del agua líquida súper enfriada se apoya experimentalmente, pero su extensión a las condiciones ambientales sigue siendo objeto de debate.
• Comprender la red dinámica de enlaces de hidrógeno del agua es crucial para dilucidar su estructura.
• Los estudios previos carecían de información sobre el movimiento colectivo de las moléculas de agua.

Objetivo del estudio:

• Para investigar la dinámica correlacionada de los enlaces de hidrógeno en el agua líquida.
• Determinar si existe inhomogeneidad estructural en el agua líquida en condiciones ambientales.
• Para vincular la dinámica de las moléculas de agua a la estructura local de su red de enlaces de hidrógeno.

Principales métodos:

• Se emplearon cálculos mecánicos cuánticos de alta sensibilidad.
• Análisis de la evolución temporal de los enlaces de hidrógeno cercanos.
• Análisis convencional de orbitales localizados y estudios dependientes de la temperatura.

Principales resultados:

• Se detectaron fuertes correlaciones en la evolución temporal de los enlaces de hidrógeno cercanos.
• Se reveló un mecanismo para fluctuaciones estructurales de corto alcance en la red de enlaces de hidrógeno del agua líquida.
• Se observaron fluctuaciones estructurales correlacionadas en una escala de longitud corta en condiciones ambientales.

Conclusiones:

• La dinámica de los enlaces de hidrógeno en el agua líquida está correlacionada, lo que lleva a fluctuaciones estructurales de corto alcance.
• Estas fluctuaciones cooperativas están vinculadas a propiedades estructurales estáticas y entornos moleculares.
• Los hallazgos proporcionan nuevos conocimientos sobre la relación entre la dinámica molecular del agua y la estructura local.