Acqua (Immagine dimostrativa), credits: white-water-associates.com
Il liquido più diffuso e più importante al mondo, quello che costituisce la maggior parte del nostro corpo ed è indispensabile per l’origine e lo sviluppo della vita, è da sempre oggetto di studio da parte della comunità scientifica; è il liquido analizzato con più attenzione e meticolosità nella storia della ricerca.
Una recente ricerca, svolta da un team di fisici sperimentali della Stockholm University, ha messo in luce un segreto che noi tutti ignoravamo: l’acqua si presenta in due forme diverse in termini di struttura e densità.
“Si tratta di una proprietà abbastanza unica nel suo genere. Sostanzialmente, servendoci dei raggi X, abbiamo scoperto che l’acqua esiste come due liquidi dalle proprietà differenti a basse temperature, quando la cristallizzazione in ghiaccio è particolarmente lenta” – spiega Anders Nilson, docente di fisica all’ateneo scandinavo e coautore del lavoro.
LO STUDIO
I ricercatori si sono serviti di due tecniche sperimentali: il wide-angle X-ray scattering, consistente nell’illuminazione di un campione con luce a raggi X per determinarne la struttura atomica, e la spettroscopia a raggi X, in grado di fornire informazioni sul movimento delle molecole. Gli esperimenti sono stati svolti presso due laboratori internazionali: l’Argonne National Laboratory e il DESY. Dopo aver rielaborato le informazioni ottenute nei due centri, il team ha ottenuto un quadro completo e senza precedenti della struttura e delle dinamiche dell’acqua a livello nanoscopico.
“I raggi X ci hanno permesso di determinare l’evoluzione temporale delle posizioni delle molecole di acqua e studiarne la disposizione a basse temperature, evidenziando la presenza di un cambiamento strutturale della sostanza” – aggiunge Fivols Perakis, altro autore dello studio.
LE STRUTTURE DEL GHIACCIO
Per comprendere meglio quanto scoperto possiamo prendere in esame il ghiaccio che in natura esiste in due forme diverse: una struttura cristallina, in cui le molecole sono “ordinate” secondo una precisa disposizione geometrica, e la struttura amorfa, più abbondante in natura e priva di un ordinamento preciso. A sua volta il ghiaccio amorfo esiste in due forme: bassa e alta densità. Nulla di nuovo perché le proprietà delle due diverse forme di ghiaccio amorfo, con le dinamiche che regolano il passaggio del ghiaccio da una forma all’altra, sono da tempo note alla comunità scientifica.
H20 = HDL/LDL
I fisici di Stoccolma si sono interrogati per cercare di capire se, analogamente al ghiaccio, anche l’acqua liquida potesse esistere nelle due forme ad alta e bassa densità: “Le osservazioni sperimentali che abbiamo eseguito ci hanno permesso di mostrare, per l’appunto, che l’acqua, a livello atomico, può esistere, o addirittura coesistere, in due stati ben diversi, un liquido viscoso e un cosiddetto liquido a regime ultra-viscoso, dalla densità molto più bassa” – hanno concluso i ricercatori. Quando si trasforma in ghiaccio, può assumere due diversi stati, convenzionalmente definiti HDL (stato vitreo ad altà densità) e LDL (stato vitreo a bassa densità).
“È come se l’acqua non riuscisse a ‘decidere’ in quale stato stare, quello a bassa o alta densità, e continuasse a oscillare microscopicamente tra i due stati. Ovvero: la sostanza non è un liquido, ma due liquidi diversi che hanno una relazione complicata” – hanno commentato i ricercatori.
PIÙ ACQUA PER TUTTI
Questa scoperta potrebbe permetterci di elaborare dei nuovi metodi per la purificazione e desalinizzazione dell’acqua, e far fronte così agli effetti negativi del cambiamento climatico. L’acqua è essenziale per la sopravvivenza sul pianeta Terra e proprio in virtù di questa essenzialità dobbiamo imparare a conoscerla di più dal momento che sappiamo davvero poco dei suoi comportamenti e delle sue proprietà anomale: sono almeno 70 le caratteristiche che la rendono unica e indispensabile per la vita come la conosciamo, nonché totalmente diversa da qualsiasi altro liquido. Il paper della ricerca è stato pubblicato su Proceedings of the National Academy of Sciences.
