Un team internazionale di scienziati, coordinato dalla Scuola di Ingegneria dell’Ecole Polytechnique Federale di Losanna (EPFL), ha fatto un’importante scoperta sui segreti dell’acqua grazie a una nuova tecnica di spettroscopia, con la partecipazione dell’Istituto per i Processi Chimico-Fisici del Consiglio Nazionale delle Ricerche di Messina (Cnr-Ipcf), l’ICTP di Trieste, l’Ecole Normale Superieure di Parigi e la Queen’s University di Belfast.
Lo studio, pubblicato su Science, offre per la prima volta una visione diretta sui legami a idrogeno dell’acqua liquida, approfondendo il comportamento delle sue molecole con un’accuratezza finora raggiunta solo tramite simulazioni al computer.
La nuova spettroscopia vibrazionale correlata (CVS)
Il team ha sviluppato una tecnica rivoluzionaria, la spettroscopia vibrazionale correlata (CVS), che permette di osservare separatamente le molecole “interagenti” rispetto a quelle casuali, superando le limitazioni delle tecniche precedenti. Questa metodica misura direttamente le vibrazioni delle molecole d’acqua nei legami a idrogeno, distinguendo le molecole che effettivamente partecipano alla rete di legami e fornendo dettagli mai osservati prima sulla distribuzione di carica elettronica.
Sylvie Roke, a capo del Laboratorio di Biofotonica Fondamentale dell’EPFL, ha dichiarato che la CVS consente di identificare le molecole in interazione grazie alla loro specifica modalità vibrazionale, un’innovazione che supera la necessità di ipotesi sulle dinamiche molecolari. La nuova metodologia si avvale di impulsi laser brevissimi, nell’ordine dei femtosecondi, generando una dispersione di luce che offre dati sulle vibrazioni atomiche e sui legami tra le molecole.
Dettagli quantistici e applicazioni future
Durante l’esperimento, i ricercatori hanno modificato il pH dell’acqua per misurare, per la prima volta, la carica elettronica trasferita all’interno della rete dei legami a idrogeno. Gli ioni idrossido (OH-) donano l’8% in più di carica ai legami, mentre i protoni (H+) ne accettano il 4%. Tali dati sono stati verificati tramite simulazioni avanzate su supercomputer, in collaborazione con il Cnr-Ipcf di Messina e altri istituti di ricerca.
Il metodo CVS si prefigura come una nuova frontiera nell’analisi molecolare: oltre a chiarire le interazioni nell’acqua, potrà essere applicato allo studio di altri liquidi e materiali contenenti elettroliti, zuccheri, proteine e DNA. Giuseppe Cassone, ricercatore del Cnr-Ipcf e co-autore dello studio, evidenzia che la capacità di quantificare la forza dei legami a idrogeno offre prospettive nuove per comprendere dettagli molecolari di diverse soluzioni e processi, portando benefici potenziali in biochimica e scienza dei materiali.
Il nuovo metodo di spettroscopia CVS non solo rivoluziona l’analisi dell’acqua ma apre prospettive di studio in diversi ambiti scientifici, con applicazioni future per la caratterizzazione molecolare di altri liquidi e materiali complessi.
