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¿Qué es el agua? Sin ella, la Vida, no podría existir

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en General    ~    Comentarios Comments (0)

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Qué es el agua? | iAguaFunciones del agua en los seres vivos - Resumen

La Mecánica Cuántica desentraña los misterios del Agua

 

 Un Modelo informático basado en la ecuación de Schrödinger descubre la interacción de sus moléculas. También supimos que la luz estaba compuesta por fotones y, sin ella, tampoco estaríamos cómodos en este pequeño mundo.

Resultado de imagen de Moléculas de agua

La ecuación de Schrödinger, uno de los fundamentos de la teoría de la mecánica cuántica, ha desvelado el funcionamiento de las moléculas del agua gracias al uso de un conjunto de ordenadores super-potentes. Formada por dos átomos de hidrógeno y por uno de oxígeno, se cree que el secreto de las propiedades de este líquido tan común como misterioso radica en la capacidad de sus moléculas para formar determinados enlaces entre los átomos de hidrógeno. El desarrollo de este nuevo modelo informático podría tener múltiples aplicaciones, y quizá resuelva determinadas cuestiones como la razón por la que el agua, en estado sólido (hielo), no se hunde dentro de sí misma.

 

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Esencial para todas las formas de vida, y objetivo eterno de estudio, el agua es una sustancia con algunos misterios que aún no han podido ser revelados, al menos desde la física clásica.
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El acercamiento a este extraño elemento constitutivo, sin embargo, desde la perspectiva de la física cuántica (desde la ecuación de Schrödinger para ser más exactos), y gracias al uso de un conjunto de ordenadores super-potentes, ha revelado la estructura subyacente del conjunto de moléculas aparentemente sencillas del agua, que están formadas “tan sólo” por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno.

El logro lo ha alcanzado un equipo de científicos de la universidad norteamericana de Delaware y de la Radboud University de Holanda, que han desarrollado un nuevo método para desvelar las propiedades ocultas del agua, y sin necesidad de concienzudos experimentos de laboratorio: simplemente, informática.

Principios fundamentales

 

Mecánica cuántica - Wikipedia, la enciclopedia libre

 

Funciones de onda del electrón en un átomo de hidrógeno en diferentes niveles de energía. La mecánica cuántica no puede predecir la ubicación exacta de una partícula en el espacio, solo la probabilidad de encontrarla en diferentes lugares. Las áreas más brillantes representan una mayor probabilidad de encontrar el electrón.

 

La ecuación de Schrödinger y la conservación de la probabilidad – Física cuántica en la red

Y es que toda la química y la física a nivel macroscópico podría describirse mediante una única ecuación de Schrödinger para un número enorme de átomos (aproximadamente  6.022×1023   átomos por mol). Sin embargo, aunque es teóricamente correcta, su aplicación práctica es actualmente imposible debido a la enorme complejidad computacional que implicaría resolver una ecuación de tal magnitud, lo que limita su uso a sistemas más pequeños. 
  • La idea teórica:
    La ecuación de Schrödinger es una ley fundamental de la mecánica cuántica que describe el estado de un sistema físico, como un átomo o una molécula, en términos de su función de onda. 

  • La escala macroscópica:
    En principio, si pudiéramos aplicar la ecuación a todos los átomos individuales de una sustancia macroscópica, su comportamiento colectivo (química y física) quedaría completamente determinado. 

  • La complejidad:
    La aplicación práctica de esta idea es inviable porque la ecuación de Schrödinger se vuelve computacionalmente intratable cuando el número de partículas (átomos) es extremadamente grande, como los 1023  átomos que hay en una unidad de materia.

  • El uso práctico:
    Por esta razón, la ecuación de Schrödinger se utiliza con éxito para describir sistemas más pequeños, como los átomos individuales y las moléculas, mientras que la física macroscópica se basa en aproximaciones estadísticas y leyes como las de Newton.

Utilizar esta ecuación y aplicarla de manera eficaz es actualmente posible gracias al uso de ordenadores con una capacidad de cálculo super-potente, que permitirían comprender algunas de las enigmáticas propiedades del agua. Este tipo de herramienta informática de análisis ya se ha aplicado en otros campos, como la meteorología y la mecánica celeste.

 

Propiedades extrañas

 

Hielo - Wikipedia, la enciclopedia libre

 

Todo el mundo sabe que una molécula de agua es H2O, pero, aunque su composición parezca simple, el agua líquida en realidad es mucho más compleja que eso. Por ejemplo, señala Szalewicz, contrariamente a otros líquidos, el agua aumenta de volumen cuando se congela, lo que explica que el hielo flote en el agua. Por otro lado, el agua puede absorber grandes cantidades de calor antes de empezar a calentarse y lo libera lentamente mientras se enfría.

Las características únicas del agua parecen relacionarse con su estructura molecular y con la capacidad de sus moléculas para formar enlaces de hidrógeno con otras moléculas de agua. El hidrógeno de la molécula del agua tiene una carga ligeramente positiva, mientras que la carga del otro extremo de la molécula es ligeramente negativa.

Tradicionalmente se pensó que en el agua en estado líquido cada molécula se coordinaba con una media de otras cuatro moléculas gracias a estos enlaces de hidrógeno. Sin embargo, posteriormente se descubrió que esta coordinación tiene lugar sólo con dos moléculas.

Ambigüedades

 

LA VIDA OCULTA DEL AGUAQUÉ SE PUEDE VER EN UNA GOTA DE AGUA DE UN LAGO EN UN MICROSCOPIO DE $ 1000? - YouTube

 

Todas estas ambigüedades del agua han sido estudiadas desde la mecánica cuántica por Szalewicz y sus colegas, aplicando leyes de la física a un nivel microscópico, allí aparece la vida oculta del agua y todo lo que en ella se esconde.

El resultado: los investigadores han conseguido generar un nuevo marco teórico para describir la estructura y el comportamiento de la molécula del agua átomo a átomo, gracias a los ordenadores de última generación, multiprocesadores, capaces de aportar soluciones bastante ajustadas de las ecuaciones de la mecánica cuántica para la descripción de las fuerzas que ejercen unas moléculas del agua sobre otras. Esto debería permitir desvelar el porqué de las extrañas propiedades de este líquido.

 

Acerca de la magia del agua, y de algunos “magos” de la palabra | Química, aire y ambiente | SciLogs | Investigación y CienciaUna gota de agua bajo el microscopio (5 imágenes)

                                                      Una gota de agua bajo el microscopio

Con un conjunto de ordenadores Linux funcionando en paralelo, y que realizaron cálculos a gran escala, el estudio tardó varios meses en completarse. El nuevo modelo puede predecir con bastante exactitud, tanto las propiedades de un par de moléculas de agua, como las del agua en estado líquido.

Las aplicaciones de este novedoso modelo, señalan los investigadores, van desde la posibilidad de comprender mejor el agua en diversos estados y en condiciones extremas, hasta el estudio de otros líquidos y sistemas moleculares, el ADN en biología o el llamado plegamiento de proteínas (proceso por el que una proteína alcanza su estructura tridimensional), entre otras.

Todos estos conocimientos que han sido conquistados por nuestra especie, son objetos de publicaciones múltiples en los medios, se dan conferencias, entrevistas, publicaciones de todo tipo encaminadas a divulgar conocimientos esenciales para conocer el mundo en el que vivimos.

Emilio Silvera V.

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Esta entrada fue publicada el domingo, 19 de octubre de 2025 a las 5:04 y está clasificada bajo: General. Puede hacer un seguimiento de los comentarios de esta entrada gracias al feed RSS 2.0. Puede dejar un comentario, o enviar un trackback desde su sitio.
 


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