Agua sobreenfriada, de hidratación y nanoconfinada: Nuevos principios de interés en contextos de relevancia práctica

VERDE, A.R.; LOUBET, NICOLÁS A.; ALARCÓN, L.M.; APPIGNANESI, G.A.

Congreso; 108 Reunión Asociación de Fı́sica Argentina; 2023

En este trabajo apuntamos a comprender los principios fundamentales subyacentes a la estructuración y dinámica del agua lı́quida y a explorar su aplicación en sistemas de interés en ciencia de materiales y biofı́sica. Esperamos que este conocimiento ayude a comprender el comportamiento anómalo del agua desde una perspectiva molecular, presentando un sinnúmero de anomalı́as termodinámicas y dinámicas que se vuelven más conspicuas al sobreenfriar, con la existencia de un segundo punto crı́tico lı́quido-lı́quido y la posibilidad de una descripción de ‘dos estados ’o ‘two-liquids scenario ’. Estas anomalı́as, por su parte, la tornan irreemplazable en diversos contextos, como ser en biologı́a. Dado que dicho comportamiento anómalo deviene principalmente de su peculiar estructuración en una red de puentes de hidrógeno y de los defectos estructurales de la misma, resultará de gran relevancia el estudio de un nuevo parámetro estructural que hemos desarrollado recientemente [1], el cual, dada su naturaleza energética y el hecho de recurrir a minimizaciones de energı́a potencial, permite la correcta caracterización de dichos defectos, corrigiendo los errores en que incurrı́an los indicadores previos. En base al mismo, construiremos un ı́ndice de estructura local que permite por primera vez determinar apropiadamente y sin ambigüedades a los dos estados lı́quidos que conforman el ‘two-liquids ’scenario. Dado que el comportamiento anómalo del agua (incluyendo reminiscencias vı́treas) resulta determinante en diversos contextos que van desde la hidratación y la función biológica de biomoléculas hasta el autoensamble de materiales en ambientes acuosos nanoconfinados, generalizaremos también al ı́ndice de estructura para aplicarlo en dichos campos, principalmente grafeno y nanotubos de carbono, monocapas autoensambladas y proteı́nas. En estos contextos ya hemos determinado en el pasado la relevancia de la estructura ydinámica de la red local de puentes de hidrógeno del agua y, en el caso de las proteı́nas, de la competencia por los puentes de hidrógeno del backbnone y su consiguiente propensión dinámica. Esperamos ası́ seguiraportando al entendimiento de los mismos y a contribuir elementos de diseño racional.(1) JM Montes de Oca, F Sciortino and GA Appignanesi, J. Chem. Phys. 152, 244503 (2020)