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SCOPERTE/ Per capire che forma ha l’acqua non basta guardare il contenitore

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Alcuni scienziati hanno studiato la forma dell'acqua  Alcuni scienziati hanno studiato la forma dell'acqua
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La tecnica sperimentale impiegata è nota come spettroscopia a effetto Kerr risolta nel tempo. In poche parole, si tratta di un esperimento in cui un impulso laser, estremamente rapido, passa attraverso il campione, perturbandone la struttura. Un secondo impulso laser, altrettanto rapido, viene quindi inviato sullo stesso percorso del primo, per sondare la perturbazione residua del campione. Variando l'intervallo di tempo tra i due impulsi, quello che crea l'eccitazione e quello che la sonda, si può studiare l'evoluzione della risposta del campione nel tempo e ottenere importanti informazioni sia sulle frequenze a cui avvengono le eccitazioni del campione sia sul modo in cui tali eccitazioni decadono. L'apparato sperimentale è stato messo a punto dagli stessi ricercatori coinvolti nel lavoro e ha richiesto circa un anno di sviluppo. Il sistema è stato progettato proprio allo scopo di poter fare una buona misura del segnale che proviene dall'acqua, che è piuttosto debole rispetto ad altri liquidi. Con tale apparato, abbiamo studiato la dinamica di vibrazione e di rilassamento di acqua sottoraffreddata (siamo arrivati ad una temperatura di 28 gradi sotto lo zero, senza che i campioni congelassero).

 

Con un analisi dei dati approfondita abbiamo caratterizzato i modi di vibrazione intermolecolare e gli effetti connessi al rilassamento strutturale, mettendo in evidenza una coesistenza di due tipi diversi di configurazioni locali, che possono essere interpretate come due forme di acqua dotate di diversa densità e regolarità della distribuzione spaziale: una forma simile al ghiaccio, meno densa e più ordinata, e una forma meno ordinata e più densa, che è quella comune dell’acqua a temperatura ambiente. Al diminuire della temperatura l’acqua di bassa densità diviene sempre più importante. È da quindici anni che l'ipotesi della doppia struttura dell'acqua è tra le più accreditate, dopo che alcuni scienziati avevano scoperto che, a temperature bassissime, quando l'acqua vetrifica, si formano due distinti tipi di vetro, uno di bassa e l'atro di alta densità. In un articolo teorico apparso su Nature nel 1992 Poole e collaboratori parlano per la prima volta di un punto critico liquido-liquido (teoria LLCP), i due liquidi essendo due forme dell'acqua, una di bassa densità caratterizzata da un coordinamento tra le molecole di tipo tetraedrico, e una di alta densità, caratterizzata da una struttura più compatta e disordinata. In lavori teorici apparsi di recente i fenomeni anomali dell'acqua sono stati interpretati in un quadro alternativo alla teoria LLCP, come fenomeni di non equilibrio associati alla transizione liquido-cristallo.

 

Si tratta quindi di un dibattito ancora piuttosto aperto tra i teorici, ed ogni nuova evidenza di tipo sperimentale e' accolta con particolare interesse. L’importanza del lavoro consiste nell’aver trovato una sorta di impronta caratteristica di due diverse forme di organizzazione delle molecole di acqua nello stato liquido. Particolare importante è che tale evidenza è stata ottenuta con campioni macroscopici di acqua, e inoltre aver dimostrato la presenza della componente di bassa densità fino a temperature relativamente alte: dunque anche a temperature prossime a quella ambiente l’acqua conserva una parte di struttura che è acqua “ordinata”, simile al ghiaccio come struttura, e meno densa del normale. La forma dell’acqua non è in definitiva soltanto quella del contenitore, come nel romanzo di Andrea Camilleri.



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