Nell’acqua, le molecole danzano tenendosi per mano: piccoli cerchi si aprono, le partecipanti si scambiano e i gruppi si ricompongono. Le “mani” sono i legami a idrogeno, che si formano e si rompono continuamente.
Dentro un nanotubo molto stretto, lo spazio e le pareti cambiano la coreografia: molte mani restano senza una compagna da afferrare. Ma quale danza ne viene fuori? Un trenino di Capodanno, con le molecole in fila? Un freestyle in solitaria? Oppure un ballo a coppie che cambiano continuamente partner?
La domanda riguarda molto più di un minuscolo tubo. L’acqua attraversa spazi nanometrici nei canali delle membrane cellulari, nei materiali porosi e nelle membrane progettate per filtrarla. Qui, le interazioni tra molecole e superfici contribuiscono a determinarne il movimento. Comprenderle serve a interpretare processi biologici e a progettare materiali capaci di controllare il trasporto dell’acqua.
I nanotubi di carbonio offrono un ambiente modello per studiare queste interazioni. In un lavoro pubblicato su Nature, Xintong Xu e colleghi hanno misurato le vibrazioni dell’acqua dentro singoli nanotubi, rilevando l’energia ceduta dagli elettroni alle vibrazioni molecolari.
In un tubo con diametro interno di 2,3 nanometri, il segnale assomiglia a quello dell’acqua ordinaria. In uno di 1,4 nanometri, invece, prevalgono vibrazioni caratteristiche di gruppi O–H debolmente o per nulla coinvolti nei legami a idrogeno. Nella nostra metafora, la danza di gruppo perde coesione: molte mani si lasciano, senza che tutte le ballerine danzino necessariamente da sole.. Una firma simile a quella osservata nel vapore, che però non dimostra che l’acqua sia diventata gassosa.
Anche raffreddando, nel tubo più stretto i legami si ristabiliscono solo parzialmente e in modo diverso da zona a zona.
Misurando l’acqua dentro singoli nanotubi, i ricercatori hanno mostrato quanto lo spazio disponibile possa cambiarne i legami tra molecole. La danza cambia, ma la disposizione delle ballerine resta da chiarire. Capirla aiuterà a spiegare come si comporta l’acqua negli spazi minuscoli importanti per la vita e per le tecnologie di filtrazione.
