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Silvana TapiaJuan Carlos GilFrancis VillatoroHéctor SocasBorja Tosaragua en estado gaseoso y sólidodisolvente universal biología terrestremolécula de agua h2osingularidad del agua terrestreH2OJuan Carlos GilTierraDFTTIP 4P 2005ST2Leonard JonesCO2HOH
H3O+
Con
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Juan Carlos Gil continúa la conversación sobre la presencia y propiedades del agua en nuestro planeta, destacando su singularidad como sustancia que existe en estado gaseoso y sólido en la superficie terrestre.
…que hay es agua Bueno, y en la Tierra, en forma líquida, ya sabes que cubre las tres cuartas partes del planeta, que quizá deberíamos haberle llamado planeta agua, en vez de planeta Tierra, pero es que además aparece de forma natural a presión atmosférica, También en forma gaseosa y sólida en nuestro planeta, en la superficie, lo que es realmente excepcional; eso no ocurre con ninguna otra sustancia y además, no se nos escapa, es el disolvente universal de la biología terrestre. Todos los organismos que conocemos dependen del agua. Su molécula es realmente simple: H2O, hidrógeno, oxígeno, hidrógeno. Y sin embargo, el agua se comporta de una forma muy, muy sorprendentemente compleja a veces. Para empezar, sonora a muchos, el agua al enfriarse no se hace más densa todo el rato como la gran mayoría de las sustancias en el camino hacia la congelación, sino que presenta un máximo de densidad a 4 grados centígrados a presión atmosférica, digo, y luego…
Significado #1
Juan Carlos Gil continúa la conversación sobre la presencia y propiedades del agua en nuestro planeta, destacando su singularidad como sustancia que existe en estado gaseoso y sólido en la superficie terrestre.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #1agua en estado gaseoso y sólidodisolvente universal biología terrestremolécula de agua h2osingularidad del agua terrestre…que hay es agua Bueno, y en la Tierra, en forma líquida, ya sabes que cubre las tres cuartas partes del planeta, que quizá deberíamos haberle llamado planeta agua, en vez de planeta Tierra, pero es que además aparece de forma natural a presión atmosférica, También en forma gaseosa y sólida en nuestro planeta, en la superficie, lo que es realmente excepcional; eso no ocurre con ninguna otra sustancia y además, no se nos escapa, es el disolvente universal de la biología terrestre. Todos los organismos que conocemos dependen del agua. Su molécula es realmente simple: H2O, hidrógeno, oxígeno, hidrógeno. Y sin embargo, el agua se comporta de una forma muy, muy sorprendentemente compleja a veces. Para empezar, sonora a muchos, el agua al enfriarse no se hace más densa todo el rato como la gran mayoría de las sustancias en el camino hacia la congelación, sino que presenta un máximo de densidad a 4 grados centígrados a presión atmosférica, digo, y luego…
Juan Carlos Gil explica que la molécula de agua (HOH) tiene una estructura lineal con ángulos de aproximadamente 104 grados y medio entre los hidrógenos y el oxígeno.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #20molécula de agua estructura linealángulo de 104 grados y medioelectronegatividad oxígeno-hidrógeno momento dipolarmomento cuadripolar apreciable molécula co2…absolutamente demencial que nunca se ha visto, pero no solo en los hielos, en ningún otro cristal hay nada parecido a esta estructura ¿Y quién es el responsable de esta orgía de estructuras? Pues la aparentemente mojigata molécula de agua, HOH, que no Es lineal, ¿vale? Los dos hidrógenos respecto del oxígeno forman un angulito de unos 104 grados y medio. Y como además los elementos oxígeno-hidrógeno tienen bastante distinta electronegatividad, pues este angulito da lugar a un momento dipolar muy fuerte y a un momento cuadripolar apreciable; no es grandísimo pero es apreciable. El CO2, por ejemplo, es una molécula semejante en cuanto a, en fin, a estequiometría 1 y 2, pero es lineal, por tanto no tiene momento dipolar. El águla tiene un gran momento dipolar. Con este momento dipolar y cuadrupolar hace que no solo las moléculas se atraigan entre ellas, trocitos negativitos hacia trocitos…
Juan Carlos Gil introduce el tema de los modelos de agua utilizados en simulaciones, como continuación a su explicación sobre dinámica molecular y simulación.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #18modelos de agua st2 simulaciónmolécula de agua rígida jonescargas tetraédricas en modelos agua…las configuraciones que le van saliendo en la simulación pues puede calcular esas configuraciones por un DFT chulo, FETEN, e incorporar esos nuevos valores al reentrenar la red e incorporarlo para seguir haciendo la simulación con un potencial refinado. Vale, os he hablado de agua por un poquito y también de simulación, pero todavía necesito introducir otra cosita antes de pasar al artículo, mezclando agua y simulación. ¿Qué modelos de agua se han utilizado para la simulación? Pues el primer modelo moderno se llama ST2 de 1974, una molécula de agua rígida con un centro Leonard Jones y cuatro cargas en disposición tetraédrica; es bastante natural para reproducir la tendencia tetraédrica de las moléculas de agua. En los años 80 llega el modelo SPC, Simple Point Charge, y su variante SPCE, que son muy sencillos, muy simples, muy robustos y todavía a día de hoy se siguen utilizando sobre todo para la envolvente acuosa de macromoléculas, en biología molecular y demás. En…
Juan Carlos Gil explica las limitaciones de los modelos de agua existentes, señalando que no capturan fenómenos naturales como la autoionización debido a que asumen enlaces permanentes entre oxígeno e hidrógeno.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #8enlaces oxígeno e hidrógeno permanentesautoionización del agua naturalintercambio de hidrógenos entre moléculasdinámica molecular con potencial profundocálculo dft del mapa de potencial…de interacción que dio lugar a toda una familia de variantes con cuatro centros, cuyo campeón absoluto es el TIP 4P 2005, publicado por Abascal y Vega en 2005 y que sigue siendo a día de hoy el estándar de oro para simular agua y hielo con modelos rígidos. Pero todos estos modelos tienen una limitación grave y es que obviamente los enlaces, cada oxígeno tiene sus dos hidrógenos apareados de por vida, son sus hidrógenos y esos enlaces no se rompen, no capturan los fenómenos que ocurren en el agua natural como la autoionización, el intercambio de hidrógenos entre moléculas. Por eso la técnica esta de dinámica molecular con potencial profundo, que ignora el hecho de que hay moléculas construidas, simplemente calcula el DFT, el mapa de potencial completo, pues ha tenido mucho éxito precisamente para una sustancia tan paradigmática como el agua. El trabajo fundacional de Sang de 2018 usó precisamente el agua como modelo y lo han refinado varias veces desde entonces, bueno, hasta llegar al potencial para el agua llamado DP-SCAN de 2023 que reproduce de forma muy muy fiel todas las propiedades del agua…