Nuestro querido Perú conserva una tradición que todos disfrutamos desde pequeños: febrero = calor infernal = ¡carnavales! El frenesí de una batalla de globos de agua solo se compara a una de bolas de nieve (a menos de que sigamos gastando tanta agua como para agravar los efectos del calentamiento global, no vamos a tener que comprobarlo). Y si gozamos de la dicha de viajar a provincia, probablemente no salgamos vivos de tanta celebración (ahí sí que la viven). Este artículo no pretende darte la lata por jugar carnavales, porque creo que ya todos sabemos las desgracias que ocasiona derrochar el agua. Al contrario, estoy aquí para incitarte a jugar decirte que si vas a aprovechar en jugar decentemente mientras riegas tu jardín, deberías procurar que tus globos estén llenos de para-agua.
No, no paraguas. PARA-AGUA. Recientemente, se ha encontrado que esta especie es más reactiva. ¡Así es como los químicos siempre ganan el juego! Sí, mi estimado lector. Afrontémoslo: hay más de un tipo de agua. Ni Evian o San Pellegrino se salvan de… (redoble de tambores, por favor) los isómeros para-agua y ortho-agua. Te demostraré que estoy completamente cuerda y que este rollo no es producto de mi imaginación en un intento desesperado por entregar mi artículo.
Dr. Jekyll & Mr. Hyde descubren la química.
Primero, recapitulemos un poco sobre las especies químicas (ya sabes, los átomos y las moléculas). Seguro recuerdas que una misma molécula puede tener distinta conformación en el espacio. A este tipo de moléculas se les llama isómeros. Hay varios tipos de isómeros, pero lo importante de ellos es que, a pesar de tener los mismos componentes (misma fórmula química), tienen distintas propiedades fisicoquímicas. Genial, ¿verdad? Esto ocurre por la forma en la que se reordenan sus átomos. Miremos por ejemplo a algunos isómeros del hexano. Si cuentas los átomos del mismo tipo en la imagen, verás que es igual para todas las especies.
Estos isómeros ocurren en buena parte de las moléculas, y aunque no lo creas, el agua no se salva. Ya hace un tiempo [1] se descubrió que existían dos formas, pero era difícil estudiarlas porque, venga, ¿cómo se supone que bloquees una estructura en determinada posición en el espacio? Hace no mucho se publicó un artículo donde se determinó de una forma muy ingeniosa que el isómero de agua más reactivo era el para-agua [2]. En pocas palabras, lo que hicieron estos científicos fue lanzar agua a través de unos campos electrostáticos que separaban el ortho-agua del para-agua. Una vez hecha esa separación, lanzaron los dos tipos de agua hacia un cristal de calcio y diazenilo y pudieron medir cuántas de estas moléculas quedaban sin reaccionar. Acá hay un bonito diagrama de los autores:
Ilustración adaptada de Kilaj et al.
Suena sencillo, ¿no? Pero ¿qué rol juegan los campos magnéticos en la separación? ¿qué propiedades hacen al para-agua más reactiva? Esas interrogantes se pueden resolver si revisamos el concepto de spin.
Pie de imagen: No, no este spin.
La definición canon de spin es el “momento angular intrínseco”, que se traduce en “forma particular en la que una partícula rota sobre su propio eje” (Yo merito, 2019). Los físicos acuñaron este término porque al estudiar la manera en la que los electrones interactuaban con campos magnéticos, se percataron de que estos electrones se comportaban como si ellos mismos girasen muy rápido. Recordando que toda partícula con carga (positiva o negativa) que se mueve produce un campo magnético, los científicos notaron la generación pequeños campos magnéticos; de ahí el nombre spin, o giro. Pero claro, en realidad esto es mucho más complejo y sigue siendo bastante incierto. Lo que sabemos con certeza es que el spin es una propiedad cuantizada, o sea, solo le es permitido tomar algunos valores. El valor del spin depende de la partícula y, a pesar de que puse de ejemplo el electrón (representando a las partículas elementales), los núcleos atómicos también tienen sus propios spin.
Agüita (H2O) – hidrógeno en blanco y oxígeno en rojo.
Como habrás deducido, el spin es tan genial que confiere propiedades muy interesantes, como el magnetismo (aunque eso será tema de otro artículo). Analicemos más de cerca el para-agua y ortho-agua. Seguro te habrás percatado de las flechitas en la imagen anterior. Esas flechitas representan el spin nuclear de cada átomo de hidrógeno. El agua tiene dos, así que si combinamos, los spin podrían estar ambos para arriba (ortho-agua) o ambos para abajo (para-agua). El ortho-agua, con los spin paralelos, tiene un momento magnético de 1, lo que le confiere un estado de triplete; mientras que el para-agua tiene un momento magnético de 0, lo que equivale a un estado singulete (¡aquí hay otro artículo de Voz Actual donde mencionamos estos estados!). Así, el para-agua podrá interactuar con un campo magnético externo, y será difícil que se convierta en ortho-agua, ya que se encuentran en distintos estados basales.
Según el estudio, el para-agua interactúa un 23% más rápido que el orto-agua porque rotaría con menor rapidez, haciendo que las fuerzas de interacción que establece con los iones de calcio sean mayores. Este efecto rotacional no sería más que una consecuencia de los spin nucleares, que inducirían una mayor o menor rotación de toda la molécula.
Sabiendo esto, si llenas tus globos con para-agua, esta reaccionará más rápido con la superficie con la que se tope (en este caso, la piel de tu amigo), por lo que… ¿le dolerá más? No lo sé, pero podríamos averiguarlo. Aunque, antes de que salgas como loco a buscar para-agua, hay algo que debes saber: el agua estará 100% como para-agua solo a -273°C. Así que supongo que, para eso, mejor lánzale todos los hielos de tu nevera.
Soy 100tífiko, rota esos artículos:
[1] Tikhonov V, Volkov A. Separation of Water into Its Ortho and Para Isomers. Science. 2002;296(5577):2363-2363.
[2] Kilaj A, Gao H, Rösch D, Rivero U, Küpper J, Willitsch S. Observation of different reactivities of para and ortho-water towards trapped diazenylium ions. Nature Communications. 2018;9(1).
Quiero más información, pero digerible pues:
[3] McRae M. Water Has More Than One Type of Molecule, And That’s Even Stranger Than We Thought [Internet]. ScienceAlert. 2018. Disponible en: https://www.sciencealert.com/quantum-molecular-para-isomer-water-greater-reactivity-than-ortho-isomer
[4] Scientific American. What exactly is the ‘spin’ of subatomic particles such as electrons and protons? Does it have any physical significance, analogous to the spin of a planet? [Internet]. Scientific American. 2018. Disponible en: https://www.scientificamerican.com/article/what-exactly-is-the-spin/
[5] Chaplin M. ortho-Water and para-Water [Internet]. Water Structure and Science. 2015. Disponible en: http://www1.lsbu.ac.uk/water/ortho_para_water.html
[6] Wiley Editors. Separation of para and ortho water [Internet]. Phys.org. 2014. Disponible en: https://phys.org/news/2014-09-para-ortho.html
[7] University of Basel. Comparing the chemistry of water isomers [Internet]. Phys.org. 2018. Disponible en: https://phys.org/news/2018-05-chemistry-isomers.html
