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Silvana TapiaJuan Carlos GilFrancis VillatoroHéctor SocasBorja Tosarhielo l en el manto terrestrered autointerpenetrante de hielo lmoléculas de agua helicoidalesfigura 7 del estudio hielo lhielo Lfigura 7Juan Carlos GilCO2ST2Leonard JonesHOHFrancis VillatoroDFTTIP 4P 2005H2OTierra
Moléculas de Agua helicoidales
Con
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Juan Carlos Gil describe una posible ubicación del hielo L, según los autores del estudio, sugiriendo su presencia en el manto terrestre o en el interior de planetas y lunas heladas.
…si veis la figura pues lo ves, está rodeado de 4, del 1H, el hielo de la Coca-Cola. El 2, el 5 y el mismo agua líquida por debajo, porque está a presiones, está a temperaturas decentes dando lugar, por tanto, si existe a cuatro nuevos puntos triples, ¿vale? Según los autores, bueno pues podría existir en el manto terrestre o en el interior de planetas y lunas heladas. El hielo L lo tienen ahí en la simulación; tienen las coordenadas, analizan su estructura y resulta ser endiablada. La llaman red autointerpenetrante, con dos tipos distintos de moléculas de agua: unas de ellas interconectadas en forma de cadenas helicoidales, mientras que otras moléculas unen estas hélices. Son las moléculas de color rojo y azul respectivamente en la figura 7. Además, si estuviese Gastón le gustaría; en la celda unidad hay hélices que giran en un sentido y otras que giran en el otro. A mí me dan tiempo infinito para inventarme una estructura rara del agua y no se me ocurre esta barbaridad. Bueno, la gran pregunta:…
Significado #1 · Palabras #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 #15agua 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 cómo el momento dipolar y cuadrupolar de la molécula de agua influyen en las interacciones entre moléculas.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #6molécula de agua estructura linealángulo de 104 grados y medioelectronegatividad oxígeno-hidrógeno momento dipolarmomento cuadripolar apreciable molécula co2momento dipolar del aguamolécula de agua y enlaces covalentesenlaces de hidrógeno entre moléculas vecinascoordinación tetraédrica de oxígeno e hidrógenos…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 positivitos, los hidrógenos, sino que lo hacen de manera direccional y esto va a ser la clave de todo. Cada oxígeno tiende a coordinarse de forma tetraédrica con cuatro hidrógenos, dos obviamente dentro de su propia molécula, mediante enlaces covalentes, y otros dos de moléculas vecinas con enlaces de hidrógeno, que creo que no lo he mencionado hasta ahora, o ese era mi objetivo para mencionarlo con la explicación En resumen, cuando decimos eso de que el agua es especial, pues no es solo una frase bonita. Hace unas semanas lo hablaba con Javier Fernández Panadero, que es físico, divulgador, cacharrista y amigo. Y lo resumió muy bien y me lo apunté porque le dijo: mira,…
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 #16 · Palabras #6modelos 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 #11enlaces 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…
Juan Carlos Gil describe una posible ubicación del hielo L, según los autores del estudio, sugiriendo su presencia en el manto terrestre o en el interior de planetas y lunas heladas.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #1 · Palabras #1hielo l en el manto terrestrered autointerpenetrante de hielo lmoléculas de agua helicoidalesfigura 7 del estudio hielo l…si veis la figura pues lo ves, está rodeado de 4, del 1H, el hielo de la Coca-Cola. El 2, el 5 y el mismo agua líquida por debajo, porque está a presiones, está a temperaturas decentes dando lugar, por tanto, si existe a cuatro nuevos puntos triples, ¿vale? Según los autores, bueno pues podría existir en el manto terrestre o en el interior de planetas y lunas heladas. El hielo L lo tienen ahí en la simulación; tienen las coordenadas, analizan su estructura y resulta ser endiablada. La llaman red autointerpenetrante, con dos tipos distintos de moléculas de agua: unas de ellas interconectadas en forma de cadenas helicoidales, mientras que otras moléculas unen estas hélices. Son las moléculas de color rojo y azul respectivamente en la figura 7. Además, si estuviese Gastón le gustaría; en la celda unidad hay hélices que giran en un sentido y otras que giran en el otro. A mí me dan tiempo infinito para inventarme una estructura rara del agua y no se me ocurre esta barbaridad. Bueno, la gran pregunta:…
Francis Villatoro explica cómo analiza el movimiento de las moléculas de agua en el cerebro mediante resonancia magnética nuclear para identificar patrones y posibles canales.
Habla: Francis VillatoroSignificado #18 · Palabras #9resonancia magnética de difusión moléculas aguapropagación moléculas agua fasetrabajos resonancia magnética 2010francis villatoro estudio difusionimagen del encéfalo resonancia magnéticamoléculas de agua y señal t2ángulo estimado movimiento moléculas aguaflechitas indicando ángulo movimientoresonancia magnética nuclear y moléculas de aguapatrones en el movimiento del agua cerebraldifusión aleatoria del agua entre píxelescanalización del agua por flechitas…pulso dividida entre una imagen de los ecos del segundo pulso, yo tengo una imagen de cómo ha cambiado la fase, es decir, cómo ha rotado, cómo se ha movido la molécula en un cierto camino. Con lo que yo puedo construir, esto se llama resonancia, imagen por resonancia magnética de difusión, yo estudio cómo se difunde esas moléculas del agua viendo estas variaciones de fase Yo comparto, digamos, tengo una imagen hace muchos años. Esto es una cosa que se lleva haciendo y se lleva estudiando mucho tiempo, más de 30 años. Y hay trabajos muy similares a este artículo, pero claro, mucho más primitivos, publicados ya en el año 2010, estudiando esto que ahora os voy a contar. Entonces, yo tengo, en el 2010, Lo que yo tenía era una imagen de flechitas; yo tengo una imagen de un corte del encéfalo y en cada píxel tengo una flechita que tiene un ángulo y ese es el ángulo, digamos, que yo he estimado de cómo las moléculas de agua, por las moléculas de agua se mide una señal, que es T2, etc., pero esos son detalles. Se puede ver cómo se mueven esas moléculas del agua, cómo ha cambiado su fase y entonces yo planteo que ha habido un movimiento preferente; claro, en cada píxel hay muchas moléculas de agua, no, ¡barbaridad!, pero yo tomo un valor promedio y tengo cómo ha variado, cómo se ha movido ese pequeño volumen de agua y cómo han rotado los núcleos de los átomos que forman las moléculas de agua de tal manera de que yo si veo que hay una correlación entre estas flechitas; tengo un mapa de flechitas, y donde veo que las flechitas más o menos están haciendo un comportamiento que puede ser predecible, todas se mueven, digamos, en un cierto sentido, digo, ahí hay algo que la está canalizando el agua. Y hay otros lugares donde el agua, entre píxeles, el resultado es prácticamente aleatorio, porque la difusión es completamente, un comportamiento completamente difusivo. Entonces, eso ocurre por ejemplo, en los vasos sanguíneos. Perdona, es que esta es otra frase para titular: la difusión es un comportamiento difusivo. Sí, sí, sí. Es como la vida es vital. La vida es vital, sí, es un comportamiento, digamos, en todas las…