L'acqua è strana, eppure così importante. Infatti, è una delle molecole più insolite sulla Terra. Bolle a una temperatura che non dovrebbe. Si espande e galleggia quando è allo stato solido. La sua tensione superficiale è più alta di quanto dovrebbe essere. Ora, nuova ricerca pubblicata sulla rivista Natura ha aggiunto un'altra proprietà altrettanto strana alla lista delle stranezze dell'acqua. Le implicazioni di questa nuova rivelazione potrebbero avere un impatto notevole su tutti i processi legati all'acqua, dalla purificazione dell'acqua alla produzione di farmaci.

Stefano Croni, professore di ingegneria elettrica e informatica alla USC Viterbi, e Alexander Benderskii, professore associato di chimica presso l'USC Dornsife College of Letters, Arti e Scienze, hanno dimostrato che quando l'acqua entra in contatto con la superficie di un elettrodo tutte le sue molecole non rispondono allo stesso modo. Questo può influenzare notevolmente il modo in cui varie sostanze possono dissolversi nell'acqua soggetta a un campo elettrico, che a loro volta, può determinare come si verificherà una reazione chimica. E le reazioni chimiche sono una componente necessaria nel modo in cui produciamo... tutto.

È appropriato che questo lavoro innovativo derivi da una ricerca interdisciplinare tra un chimico e un ingegnere elettrico. Dopotutto, la chimica è fondamentalmente uno studio degli elettroni, e le reazioni chimiche sono ciò che rende i materiali su cui è costruito il nostro mondo moderno. Ogni ricercatore ha fornito una componente importante al lavoro. In questo caso, un innovativo elettrodo dell'ingegnere, Cronino, e una tecnica avanzata di spettroscopia laser dal chimico, Benderskii. In definitiva, è stata la combinazione di questi due progetti che ha portato alla svolta osservata.

Primo, Cronin ha progettato un elettrodo unico costruito in grafene monostrato (solo 0,355 nm di spessore). La costruzione di elettrodi di grafene in sé e per sé è un processo molto complesso. Infatti, l'elettrodo necessario per questa particolare ricerca è quello che i gruppi di ricerca di tutto il mondo hanno provato e non sono riusciti a fare in passato. "Alex ed io stavamo lottando per un po' per raggiungere questo obiettivo e abbiamo dovuto cambiare il nostro design molte volte. È gratificante ed emozionante vedere finalmente i risultati del nostro lavoro, " disse Croni.

Una volta che l'elettrodo è posizionato su una cella d'acqua e inizia a far scorrere una corrente, Entra in gioco la tecnica di Benderskii. Usa uno speciale metodo di spettroscopia laser che solo una manciata di altri gruppi di ricerca è stato in grado di riprodurre. "Utilizzando il nostro approccio per osservare le molecole d'acqua per la prima volta nelle condizioni dei nostri esperimenti, siamo stati in grado di vedere come le molecole hanno interagito con il campo in un modo che nessuno aveva capito in precedenza, " disse Benderskij.

Quello che i due hanno scoperto è che lo strato superiore di molecole d'acqua più vicino all'elettrodo si allinea in modo completamente diverso rispetto al resto delle molecole d'acqua. Questa consapevolezza era inaspettata. Ma può aprire la strada a simulazioni più accurate di come le reazioni chimiche acquose in vari campi influenzano i materiali con cui lavorano. Un'area particolare in cui questa ricerca potrebbe avere un impatto immediato è la fornitura di acqua pulita. "L'acqua a contatto con il grafene viene infatti proposta come una nuova tecnologia nella desalinizzazione, " Cronin ha detto. "La nostra ricerca potrebbe aiutare gli scienziati a progettare simulazioni migliori che alla fine porteranno alle persone acqua pulita desalinizzata più velocemente, più economico, e più pulito."

Benderskii e Cronin non hanno intenzione di porre fine alla loro lunga collaborazione di ricerca in tempi brevi. Ora che hanno identificato questa nuova qualità dell'acqua, hanno intenzione di scavare più a fondo. "La nostra ricerca pubblicata riguarda il modo in cui l'acqua risponde collettivamente a una corrente. Successivamente, stiamo cercando di capire come funziona questa risposta a livello molecolare individuale, " disse Benderskij.