La forma dell’acqua? Ne ha due

Le molecole d’acqua allo stato liquido assumono due forme di organizzazione. Misurata per la prima volta da Ino-Cnr, Lens e Università di Firenze un’ipotesi formulata 15 anni fa. Lo studio, pubblicato su Nature Communications, potrebbe spiegare il comportamento anomalo di questo liquido rispetto agli altri

Il bicchiere non è solo mezzo pieno e mezzo vuoto ma, nella parte riempita dal liquido, allo stesso tempo più e meno denso. È quanto emerge dalla ricerca congiunta tra ricercatori dell’Istituto nazionale di ottica del Consiglio nazionale delle ricerche (Ino-Cnr), il Laboratorio europeo di spettroscopie non lineari (Lens) e l’Università di Firenze, pubblicato su Nature Communications.

“Impiegando una tecnica spettroscopica basata su sorgenti laser ultraveloci”, spiega Roberto Eramo di Ino-Cnr, “abbiamo dimostrato che l’acqua allo stato liquido non prende semplicemente la forma del contenitore ma ne assume contemporaneamente due: una più strutturata, simile al ghiaccio, e una più disordinata. Questa doppia natura rende l’acqua un elemento complesso da descrivere attraverso modelli matematici e potrebbe spiegare le sue caratteristiche anomale rispetto a tutti gli altri liquidi”.

“Il legame a idrogeno tra le molecole, che determina alcune importanti proprietà come quella per cui il ghiaccio galleggia sull’acqua, forma all’interno di una massa di acqua liquida una struttura spaziale simile a quella di un solido ma temporanea, con un intervallo di vita dell’ordine del millesimo di miliardesimo di secondo”, continua Renato Torre dell’Università di Firenze, associato Ino-Cnr. “L’importanza di queste strutture transienti cresce al diminuire della temperatura, quando il legame a idrogeno diventa sempre più forte rispetto al moto di agitazione termica delle molecole”.

I ricercatori fiorentini hanno lavorato con campioni di acqua particolarmente pura, in modo da poter scendere al di sotto della temperatura di congelamento in uno stato metastabile noto come liquido sottoraffreddato. “Abbiamo studiato la dinamica di vibrazione e di rilassamento dell’acqua sottoraffreddata (28 gradi sotto lo zero senza che l’acqua congelasse) mettendo in evidenza la coesistenza di due diverse configurazioni locali, che possono essere interpretate come due forme di acqua dotate di diversa densità e regolarità della distribuzione spaziale”, conclude Eramo. “A quindici anni dalla sua formulazione, l’ipotesi della duplice forma di organizzazione molecolare dell’acqua nel suo stato liquido trova quindi conferma nei dati sperimentali. La forma dell’acqua non è in definitiva soltanto quella del contenitore, come nel romanzo di Andrea Camilleri”.