Líquido que desafía las reglas

Manuel Carlevaro. Instituto de Física de Líquidos y Sistemas Biológicos (CONICET - UNLP) y Universidad Tecnológica Nacional.

Físicos franceses descubrieron un líquido que se "congela" cuando se calienta. Marie Plazanet y colegas de la Université Joseph Fourier y del Institut Laue-Langevin, ubicados en Grenoble, encontraron un solución simple formada por dos compuestos orgánicos que se convierte en sólido cuando se calienta a temperaturas entre 45 y 75°C, y se convierte en líquido cuando se enfría nuevamente. El equipo sostiene que los responsables de este comportamiento novedoso son los puentes de hidrógeno .

Por lo general, un sólido se funde cuando se calienta, y los líquidos se transforman en gas, aunque existen algunas excepciones cuando al calentar se producen algunas reacciones químicas que no son reversibles, tal como la polimerización. Sin embargo, una transición reversible en la cual un líquido se solidifica al calentarse nunca había sido observada hasta ahora.

Plazanet y sus colegas prepararon una solución líquida conteniendo α-ciclodextrina (αCD), agua y 4-metilpiridina (4MP). Las ciclodextrinas son estructuras cíclicas que contienen grupos terminales hidroxilos que pueden formar puentes de hidrógeno con 4MP o moléculas de agua. A temperatura ambiente, hasta 300 gramos de αCD pueden disolverse en un litro de 4MP. La solución resultante es homogénea y transparente, pero se transforma en un sólido blanco lechoso cuando se calienta. La temperatura a la que cambia de fase disminuye a medida que la concentración de αCD aumenta.

Estudios de dispersión de neutrones revelaron que la fase sólida es un sistema "sol-gel" en el que la formación de puentes de hidrógeno entre αCD y 4MP producen una estructura rígida ordenada. A menores temperaturas, sin embargo, los puentes de hidrógeno tienden a romperse lo que resulta en que la solución vuelve a la fase líquida. Simulaciones de dinámica molecular realizadas por Plazenet y sus colaboradores confirmaron que los anillos de ciclodextrinas se distorsionan a medida que la temperatura se aproxima al punto de solidificación. Los puentes de hidrógeno internos en αCD se rompen y los grupos hidroxilos rotan hacia afuera, lo que permite la formación de una red de uniones entre diferentes moléculas. El equipo ha encontrado que un número de sistemas ciclodextrinas/piridinas también se solidifican al calentarse, y ahora se encuentra estudiando con más detalle el sistema sol-gel para entender mejor el mecanismo de solidificación.

Trabajo original: M Plazanet et al. 2004 J. Chem. Phys., 121 5031.