Explicación para el veloz transporte de agua en nanotubos de carbono
(NC&T) El transporte extremadamente rápido del agua en los nanotubos de carbono se ha atribuido por regla general al hecho de que sus paredes son muy lisas y sus superficies son hidrófobas.
Narayana R. Aluru, profesor de ciencia e ingeniería mecánica de la Universidad de Illinois y sus colaboradores, han logrado demostrar ahora que el transporte rápido puede reforzarse mediante la estrategia de orientar las moléculas del agua en el nanotubo. La orientación puede dar lugar a un acoplamiento entre los movimientos rotatorios y de traslación de las moléculas de agua, resultando en un movimiento helicoidal, del tipo que sigue un tornillo, a través del nanotubo.
Utilizando simulaciones de la dinámica molecular, Aluru y Sony Joseph estudiaron el mecanismo físico que explica el transporte rápido promovido por la orientación.
Para los nanotubos muy pequeños, las moléculas de agua llenan los nanotubos adoptando una configuración de fila única, y se orientan en una dirección como resultado de los efectos del confinamiento. Esta orientación produce el transporte del agua en una dirección. Sin embargo, las moléculas del agua pueden cambiar colectivamente y a intervalos sus orientaciones, invirtiendo el flujo, lo cual impide que haya un transporte neto significativo.
Narayana R. Aluru y Sony Joseph. (Foto: L. Brian Stauffer)
En los nanotubos más grandes, las moléculas de agua no están orientadas en ninguna dirección en particular, y de nuevo no se produce el transporte.
El agua es una molécula con polos que consta de dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno. Aunque su carga neta es cero, la molécula tiene un extremo positivo (el hidrógeno) y un extremo negativo (el oxígeno). Esta polaridad hace que la molécula se oriente en una dirección particular en presencia de un campo eléctrico.
Los investigadores han comprobado que el transporte rápido se produce al crear y mantener esa orientación, ya sea aplicando directamente un campo eléctrico o por los grupos funcionales químicos acoplados en los extremos de los nanotubos.
