L'ultimo segreto dell'acqua:ne esistono due. / The last secret of water: there are two.

L'ultimo segreto dell'acqua:ne esistono due. / The last secret of water: there are two.

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

La scoperta di un’équipe di scienziati della Stockholm University pubblicata su Pnas: il liquido più importante per la vita si presenta in due forme diverse, a bassa e ad alta densità.

Costituisce la maggior parte del corpo umano. È ubiqua  sul nostro pianeta. Ed è indispensabile per l’origine e lo sviluppo della vita. Tanto da essere la sostanza che la comunità scientifica, da sempre, ha analizzato con più attenzione e meticolosità. E pure, l’acqua riesce ancora a stupirci con le sue innumerevoli e bizzarre caratteristiche. L’ultima, in ordine di tempo, è quella appena scoperta da un team di fisici sperimentali della Stockholm University, che sono riusciti a mostrare l’esistenza di due forme diverse di acqua, in termini di struttura e densità. I dettagli della ricerca sono stati pubblicati sulle pagine dei Proceedings of the National Academy of Sciences.

“Si tratta di una proprietà abbastanza unica nel suo genere”, racconta Anders Nilson, docente di fisica all’ateneo scandinavo e coautore del lavoro. “Sostanzialmente, servendoci dei raggi X, abbiamo scoperto che l’acqua esiste come due liquidi dalle proprietà differenti – tecnicamente si parla di ‘fasi’ – a basse temperature, quando la cristallizzazione in ghiaccio è particolarmente lenta”.

In particolare, per scoprirlo i fisici si sono serviti di due diverse tecniche sperimentali: il cosiddetto wide-angle X-ray scattering, che prevede l’illuminazione di un campione con luce a raggi X per determinarne la struttura atomica, e la spettroscopia a raggi X, che fornisce informazioni sul movimento delle molecole. Gli esperimenti sono stati eseguiti allo Argonne National Laboratory, a Chicago e al laboratorio Desy di Amburgo: combinando le informazioni così ottenute, gli scienziati sono riusciti a ottenere una “fotografia” senza precedenti della struttura e delle dinamiche dell’acqua a livello nanoscopico.

“I raggi X”, spiega Fivols Perakis, un altro degli autori del lavoro, “ci hanno permesso di determinare l’evoluzione temporale delle posizioni delle molecole di acqua e studiarne la disposizione a basse temperature, evidenziando la presenza di un cambiamento strutturale della sostanza”. Di cosa si tratta precisamente? Per comprenderlo bisogna partire dal ghiaccio, che in natura esiste in due forme diverse: una struttura cristallina, in cui le molecole sono “ordinate” secondo una precisa disposizione geometrica, e la cosiddetta struttura amorfa – che tra l’altro è la più abbondante in natura –, priva di un ordinamento preciso. A sua volta, il ghiaccio amorfo esiste in due forme, a bassa e alta densità. Fin qui, niente di nuovo: le proprietà delle due diverse forme di ghiaccio amorfo, così come le dinamiche che regolano il passaggio del ghiaccio da una forma all’altra, sono da tempo note alla comunità scientifica.

I fisici di Stoccolma hanno cercato di rispondere a una domanda invece ancora irrisolta. E cioè se, analogamente al ghiaccio, anche l’acqua liquida potesse esistere nelle due forme ad alta e bassa densità: “Le osservazioni sperimentali che abbiamo eseguito”, spiegano ancora, “ci hanno permesso di mostrare, per l’appunto, che l’acqua, a livello atomico, può esistere – o addirittura coesistere – in due stati ben diversi, un liquido viscoso e un cosiddetto liquido a regime ultra-viscoso, dalla densità molto più bassa”.

Il quadro descritto dagli scienziati è molto suggestivo: “È come se l’acqua non riuscisse a ‘decidere’ in quale stato stare – quello a bassa o alta densità – e continuasse a oscillare, microscopicamente, tra i due stati. Ovvero: la sostanza non è un liquido, ma due liquidi diversi che hanno una relazione complicata”. Altro che facile come bere un bicchier d’acqua.

ENGLISH

The discovery of a team of scientists from Stockholm University published on Pnas: The most important fluid for life comes in two different forms, low and high density.

It constitutes most of the human body. It is ubiqua on our planet. And it is indispensable for the origin and development of life. So much so that it is the substance that the scientific community has always been analyzing with greater attention and meticulousness. And yet, water still laughs at us with its countless and bizarre features. The last, in time order, is just discovered by a team of experimental physicists at Stockholm University, who have been able to show the existence of two different forms of water in terms of structure and density. The details of the research have been published in the pages of the Proceedings of the National Academy of Sciences.

"This is a fairly unique property of its kind," says Anders Nilson, a physics professor at the Scandinavian University and co-author of the work. "Basically, using X-rays, we have found that water exists as two fluids of different properties - technically it is referred to 'phases' - at low temperatures when ice crystallization is particularly slow.

In particular, in order to find out, the physicists used two different experimental techniques: the so-called wide-angle X-ray scattering, which envisages the illumination of an X-ray light sample to determine its atomic structure, and the radius spectroscopy X, which provides information on the movement of molecules. Experiments were carried out at the Argonne National Laboratory in Chicago and at the Desy Lab in Hamburg. By combining the information obtained, scientists were able to obtain unprecedented "photography" of the structure and dynamics of water at the nano-scoping level.

"The X-rays," explains Fivols Perakis, another author of the work, "have allowed us to determine the time evolution of the positions of water molecules and study its layout at low temperatures, highlighting the presence of a structural change in the substance ". What exactly is this? To understand it, one must start from the ice, which in nature exists in two different forms: a crystalline structure in which the molecules are "ordered" according to a precise geometric arrangement, and the so-called amorphous structure - which among other things is the most abundant in Nature - without a precise order. In turn, amorphous ice exists in two shapes, low and high density. So far, nothing new: the properties of the two different forms of amorphous ice, as well as the dynamics that regulate the passage of ice from one form to another, have long been known to the scientific community.

The Stockholm physicists tried to answer a still unsolved question. That is, if, like ice, liquid water could exist in the two forms of high and low density: "The experimental observations we have performed," they further explain, "allowed us to show, by the very at the atomic level, water can exist - or even coexist - in two very different states, a viscous liquid and a so-called ultra-viscous liquid with a much lower density. "

The picture depicted by scientists is very impressive: "It is as if water could not decide which state to stand - low or high density - and continue to oscillate, microscopically, between the two states. That is: the substance is not a liquid, but two different liquids that have a complicated relationship. " Just as easy as drinking a glass of water.

Da:

http://www.repubblica.it/scienze/2017/06/28/news/l_ultimo_segreto_dell_acqua_ne_esistono_due-169391449/?ref=fbpr