Descubren que las partículas con carga similar pueden unirse

En un sorprendente hallazgo, un grupo de científicos ha demostrado que, en ciertas condiciones, las partículas con carga idéntica no se repelen sino que se atraen, yendo en sentido contrario al conocimiento científico establecido. Según los investigadores, las moléculas con carga similar en solución pueden experimentar una atracción fuerte y de largo alcance contraria a la intuición: el efecto es diferente para las partículas cargadas positiva y negativamente, dependiendo del solvente empleado.

Un equipo de investigadores de la Universidad de Oxford, en Reino Unido, ha publicado un nuevo estudio en la revista Nature Nanotechnology en el que demuestran que las partículas cargadas de manera similar en solución tienen la capacidad de atraerse entre sí a largas distancias. Además de ir en sentido contrario a un principio electromagnético clave, que indica que la fuerza entre las cargas del mismo signo es siempre repulsiva, los resultados tienen implicaciones directas en una variedad de procesos que involucran interacciones entre partículas y moléculas.

Atracción y repulsión

De acuerdo a una nota de prensa, los investigadores utilizaron microscopía de campo brillante para rastrear micropartículas de sílice cargadas negativamente y suspendidas en agua: hallaron que las partículas se atraían entre sí para formar grupos dispuestos hexagonalmente, cuando la lógica indica que deberían repelerse. Sin embargo, las partículas de sílice cargadas positivamente no formaron grupos en el agua.

Posteriormente, aplicaron una teoría de las interacciones entre partículas que considera la estructura del solvente en la interfaz. A partir de ese enfoque, establecieron que para las partículas cargadas negativamente en el agua hay una fuerza de atracción que supera la repulsión electrostática en grandes separaciones, conduciendo a la formación de “racimos”. Por el contrario, en el caso de las partículas cargadas positivamente en el agua, esta interacción impulsada por solventes siempre es repulsiva y no conduce a la formación de grupos.

Los científicos también intentaron controlar la formación de grupos de partículas cargadas negativamente variando el pH, logrando propiciar o anular la interacción al modificar el pH. Sin embargo, comprobaron también que más allá de los cambios en el pH las partículas cargadas positivamente no se asociaban de ninguna manera en agua. Por otra parte, al cambiar el disolvente y utilizar alcoholes en lugar de agua, los investigadores descubrieron que se produce el efecto contrario: las partículas con carga positiva pueden atraerse, mientras que las negativas se repelen.

Un gran avance en un problema centenario

En tanto, según explica en una publicación en Springer Nature el científico Madhavi Krishnan, uno de los autores principales del nuevo estudio, el problema de la atracción de carga similar entre partículas coloidales en solución es un enigma que el ingeniero metalúrgico, físico y químico Irving Langmuir (1881-1957) había intentado resolver a principios del siglo XX, y que la química británica Rosalind Franklin (1920-1958) había señalado sobre 1950. Sin embargo, hasta la fecha el problema no ha encontrado resolución.

“Aunque todavía quedan aspectos por comprender, ahora sabemos que hay mucho más detrás de las interacciones intermoleculares y entre partículas en solución de lo que se pensaba anteriormente. Principalmente, hemos determinado que el solvente tiene un impacto enorme en la interacción, incluso cuando los objetos están a distancias muy grandes entre sí. Dependiendo de las condiciones, puede incluso dictar la naturaleza de la interacción, ya sea atractiva o repulsiva”, concluyó Krishnan.

Referencia

A charge-dependent long-ranged force drives tailored assembly of matter in solution. Sida Wang et al. Nature Nanotechnology (2024). DOI:https://doi.org/10.1038/s41565-024-01621-5