In un passo significativo per la comprensione delle proprietà dell'acqua, una collaborazione internazionale ha sviluppato una tecnica innovativa che permette di osservare direttamente le interazioni molecolari. Questa ricerca, pubblicata su una prestigiosa rivista scientifica, ha rivelato nuovi dettagli sui legami a idrogeno in acqua liquida, superando le limitazioni delle simulazioni al calcolatore. Il team ha utilizzato la spettroscopia vibrazionale correlata per misurare con precisione gli effetti quantistici elettronici e nucleari, offrendo una visione senza precedenti del comportamento molecolare dell'acqua.

Nuova Tecnologia Rivela Misteri Nascosti dell'Acqua

Nell'autunno dorato del 2024, una ricerca pionieristica guidata dalla Scuola di Ingegneria dell'Ecole Polytechnique Federale di Losanna (EPFL) ha portato alla luce dettagli mai visti prima sulle dinamiche molecolari dell'acqua. Grazie all'utilizzo della spettroscopia vibrazionale correlata, gli scienziati hanno potuto distinguere tra molecole interagenti e non interagenti, rivelando come le molecole d’acqua si comportano nei legami a idrogeno. Questo studio ha coinvolto istituti di ricerca di primissimo piano come il Consiglio Nazionale delle Ricerche di Messina, l'ICTP di Trieste, l’Ecole Normale Superieure di Parigi e la Queen’s University di Belfast.

L'innovazione principale risiede nel metodo di misurazione che usa impulsi laser brevissimi, nel campo femtosecondale, per creare oscillazioni di carica e spostamenti atomici nell'acqua. Questo processo genera schemi di dispersione luminosa che contengono informazioni cruciali sull'organizzazione spaziale delle molecole e sugli spostamenti atomici. Sylvie Roke, responsabile del Laboratorio di Biofotonica Fondamentale dell'EPFL, ha sottolineato come questo approccio abbia permesso di misurare direttamente la quantità di carica elettronica condivisa nelle reti di legami a idrogeno, superando i limiti delle tecniche tradizionali.

Inoltre, modificando il pH dell'acqua attraverso l'aggiunta di ioni idrossido o protoni, il team ha potuto quantificare per la prima volta la carica donata e accettata da queste reti, fornendo dati chiave per capire meglio le interazioni molecolari. Le simulazioni avanzate condotte su supercomputer hanno confermato questi risultati, aprendo la strada a nuove applicazioni in vari campi della chimica e della biologia.

Giuseppe Cassone, ricercatore del Cnr-Ipcf, ha evidenziato il potenziale di questa tecnica per studiare altre soluzioni, come quelle contenenti elettroliti, zuccheri, amminoacidi, DNA o proteine. La spettroscopia vibrazionale correlata promette di diventare uno strumento essenziale per esplorare i dettagli molecolari di qualsiasi sistema liquido.

Questo studio rappresenta un grande balzo avanti nella comprensione delle proprietà uniche dell'acqua, elemento fondamentale per la vita. La capacità di osservare direttamente le interazioni molecolari apre nuove frontiere nella ricerca scientifica, offrendo strumenti più precisi per esaminare le dinamiche dei fluidi e delle soluzioni. I risultati ottenuti possono avere implicazioni significative in diversi settori, dai materiali avanzati alle scienze della vita.