Fuente: InnovaPress

Investigadores del grupo Física de Líquidos Complejos de la Universidad de Huelva han diseñado fórmulas matemáticas para conocer- mediante técnicas de simulación molecular- la tensión superficial de fluidos como el agua o hidrocarburos. Este algoritmo tendrá aplicaciones directas para la industria y la biología. Así, será útil para explicar procesos biológicos como la fagocitosis (proceso mediante el cual una célula especializada, macrófago, se une a un microorganismo) o el intercambio de proteínas a partir de la membrana celular.

La tensión superficial surge de las interacciones intramoleculares que tienden a retener a una molécula en el seno de un líquido. Por ejemplo, en el caso del insecto que es capaz de posarse en el agua sin hundirse o el de la aguja de acero que se mantiene a flote.

El grupo del Departamento de Física Aplicada de la Universidad de Huelva, dirigido por Felipe Jiménez, en colaboración con investigadores del Imperial College London, ha propuesto un nuevo método de simulación molecular denominado Test Area. El objetivo es conocer la tensión interfacial de sistemas complejos, es decir, aquellos que varían en sus propiedades intensivas (peso, dureza, solubilidad) como interfases entre fases fluidas, absorción de fluidos en medios confinados o estructuras porosas.

Conocer cómo interaccionan las distintas moléculas y saber cómo responderán ante nuevas densidades o materiales, permitirá optimizar procesos químicos o diseñar nuevos materiales más limpios reduciendo de este modo el coste. A través de esta técnica «podemos modificar las características microscópicas de un material, y mejorar por ejemplo la adsorción, clave en el diseño de nuevos métodos de separación que no hagan uso de disolventes como ocurre en la separación de metano y dióxido de carbono procedente del gas natural», ejemplifica Felipe Jiménez.

Cuando no se pueden resolver problemas a partir de los métodos analíticos, los físicos recurren a operaciones matemáticas para tratar de simular el comportamiento microscópico de sistemas macroscópicos. Por ello, los miembros del grupo de investigación de la UHU han propuesto el denominado Test Area, que consistente en «una técnica numérica para determinar la tensión superficial entre fases fluidas (líquido en equilibrio con su vapor o líquido-líquido) mediante simulación Monte Carlo o de Dinámica Molecular», explica el investigador de Física Aplicada, Felipe Jiménez Blas.

Este método es otro de tantos propuestos durante las últimas décadas en el contexto de la simulación molecular y que permite reproducir el comportamiento de casos reales por medio de un programa informático, en este caso se reproduce el comportamiento de sustancias en contacto con otras sustancias (polímeros con líquidos, materiales gaseosos con porosos, etcétera).

La tensión interfacial

La tensión interfacial es una propiedad clave para entender cómo se mezclan unas sustancias con otras y determina en gran medida por qué se produce una mezcla homogénea al mezclarse con unos elementos y por qué se forma una inhomogénea al mezclarse con otros. Investigadores de la UHU, en colaboración con la Universidad Complutense se Madrid, han publicado recientemente un artículo científico en el que han determinado la tensión superficial del agua mediante el uso del Test Area de diferentes modelos microscópicos de agua. «Había mucha controversia en la literatura para conocer cuál era el modelo más apropiado para definir las propiedades interfaciales del agua y nuestro grupo en colaboración con la UCM las ha publicado en la revista The Journal of Chemical Physics, afirma el científico onubense».

En trabajos anteriores, los expertos han desarrollado nuevas técnicas específicas de simulación molecular que permite la caracterización de propiedades de sistemas que implican dos fases fluidas (por ejemplo la interfase entre dos líquidos que no se pueden mezclar como el agua y el aceite) o la interfase entre un líquido y su vapor o un líquido en contacto con una superficie sólida.

Asimismo, estos científicos de la Universidad de Huelva han determinado las propiedades interfaciales de cadenas moleculares lineales sencillas, como son los hidrocarburos, y a partir de ahí, han podido extrapolar los resultados a cadenas más complejas, como hidrocarburos ramificados. «De este modo es posible entender cómo la estructura molecular de un compuesto determina las propiedades interfaciales de hidrocarburos líquidos en coexistencia con su vapor. Esto se podía llevar a cabo antes, pero no de un modo tan directo y sencillo como ahora y gracias a la metodología del Test Area», argumenta el responsable del proyecto, Felipe Jiménez Blas.