Indices de estructura local en agua: Una medida de importancia en agua líquida, agua sobreenfriada, agua dehidratación y biológica

APPIGNANESI G.A; RODRIGUEZ FRIS J.A; FRECHERO M.A; ALARCÓN L.M; SCHULZ E.P; MALASPINA D.C ; ACCORDINO S.R

Malargüe, Mendoza

Congreso; 95a Reunion Nacional de Física; 2010

Asociacion Física Argentina

El hecho de que el agua líquida representa una mezcla de dos “especies” (moléculas de baja densidad local o bien estructuradas y moléculas de alta densidad local o no estructuradas, con la fracción de moléculas estructuradas aumentando a medida que la temperatura disminuye en el líquido y en el régimen sobreenfriado) representa una noción con consecuencias de vasto alcance. Emplearemos técnicas que permiten discriminar de manera no ambigua ambas clases de moléculas en simulaciones de agua pura, encontrando que la dependencia con la temperatura de la fracción de moléculas estructuradas puede ajustarse con una exponencial negativa, lo cual brinda sustento a modelos two-state que postulan que la misma se ve gobernada por un peso de Boltzmann debido a la ganancia energética al perfeccionar las interacciones locales al estructurarse y al costo dado en el incremento local del volumen. Una aplicación muy interesante de los índices de estructura local es en el estudio del agua en las interfases y el agua de hidratación biológica. Aquí mostraremos que la primeras capas de agua (por ejemplo, las superficies de clusters de agua, el agua en contacto con una capa de grafeno, con nanotubos y fullerenos y la capa de hidratación en proteínas) son más estructuradas (de acuerdo con el índice de estructura local propuesto por Shiratani y Sasai) que en las capas posteriores y que el bulk. Además, estas moléculas de agua presentan una dinámica que es considerablemente más lenta (con reminiscencias vítreas). Esta información resulta de interés por ej. en biología, puesto que se espera que la estructura y el comportamiento dinámico de las capas superficiales del agua alrededor de las proteínas, combinado con las propensiones a la deshidratación local de ciertos motivos estructurales, estén relacionadas con aspectos como el protein binding y la reactividad, y podrían ayudar en áreas como el diseño de fármacos.