Dos científicos de la UNS reformularon una ecuación clave sobre el agua
El trabajo propone una nueva explicación molecular de cómo el agua interactúa con distintas superficies y podría tener aplicaciones en áreas como la biomedicina, la energía, la nanotecnología y las ciencias ambientales.
Dos investigadores de la Universidad Nacional del Sur (UNS) y el CONICET publicaron un trabajo que propone una reformulación de la ecuación de Young, una de las expresiones fundamentales de la física de superficies utilizada desde 1805 para describir cómo los líquidos interactúan con distintos materiales.
La investigación fue desarrollada por el doctor Gustavo Appignanesi y el licenciado Nicolás Loubet, integrantes del Departamento de Química de la UNS, y fue publicada en la revista científica Journal of the American Chemical Society (JACS), una de las publicaciones internacionales de referencia en el campo de la química.
El estudio aborda un fenómeno cotidiano: la humectación, es decir, la capacidad de un líquido de extenderse o no sobre una superficie. Desde hace más de dos siglos, este comportamiento se describe mediante la ecuación formulada por el científico británico Thomas Young, que relaciona el ángulo de contacto de una gota con las propiedades de la superficie sobre la que se deposita.
Según explican los autores, esa formulación clásica permite describir el fenómeno a nivel macroscópico, pero no ofrece una explicación detallada de los mecanismos moleculares involucrados. El nuevo trabajo propone una interpretación que vincula directamente el comportamiento observable de la humectación con la estructura molecular del agua.
"Nosotros propusimos una reformulación que conecta directamente la física de las moléculas de agua con el comportamiento observable de los ángulos de contacto", explicó Appignanesi, investigador principal del CONICET y profesor de la UNS.
Uno de los aportes centrales del estudio es la introducción del denominado coeficiente molecular de humectación (Ωm), un parámetro que mide la capacidad de una superficie para estabilizar el agua frente a las alteraciones que se producen en su red de enlaces de hidrógeno. De acuerdo con el trabajo, valores positivos de ese coeficiente corresponden a superficies hidrofílicas —que atraen al agua—, mientras que valores negativos caracterizan a superficies hidrofóbicas, que la repelen.
Los investigadores observaron que, al expresar los ángulos de contacto mediante este parámetro, materiales químicamente diferentes, como sílice, grafeno o monocapas autoensambladas, presentan un comportamiento común que puede representarse mediante una misma curva. Este resultado sugiere que la humectación estaría determinada en gran medida por propiedades intrínsecas del agua y no únicamente por las características específicas de cada superficie.
El trabajo plantea que la escala energética asociada a la red de enlaces de hidrógeno del agua establece límites fundamentales entre los estados de humectación y no humectación, incluso en condiciones extremas. A partir de ello, los autores proponen una definición molecular de la hidrofobicidad basada en la capacidad o incapacidad de una superficie para compensar los defectos generados en esa red de enlaces.
Además de su interés teórico, los investigadores señalan posibles aplicaciones en distintos campos tecnológicos y científicos. Entre ellos mencionan el desarrollo de materiales hidrofóbicos e hidrofílicos, la nanotecnología, la biomedicina, el diseño de sistemas de almacenamiento de energía, procesos de purificación y desalinización de agua, así como formulaciones utilizadas en las industrias química y farmacéutica.
El estudio se inscribe en una línea de investigación desarrollada desde hace años en la UNS y el CONICET. Según destacaron los autores, el trabajo también se apoya en contribuciones previas realizadas por otros integrantes del grupo de investigación, entre ellos Cintia Menéndez, Laureano Alarcón, Sebastián Accordino, Alejandro Verde, Ezequiel Cuenca y Joan Manuel Montes de Oca.
La publicación en JACS representa una de las principales instancias de difusión científica internacional para investigaciones de química básica y aplicada. Fundada en 1879 y editada por la American Chemical Society, la revista es considerada una de las más influyentes de la disciplina.
De acuerdo con los autores, la reformulación propuesta podría contribuir al desarrollo de nuevas herramientas para comprender y predecir la interacción del agua con diferentes materiales, un aspecto central en numerosas áreas de la ciencia y la tecnología.