Gota de agua sobre grafito en lápiz

La vida, muchas veces, es una cuestión de perspectivas. Un problema no lo es tanto cuando se mira desde otro prisma. Si esto nos lo llevamos a la ciencia, el resultado se amplifica: aquello que desde una distancia puede no ser relevante se convierte en la clave cuando las observaciones se efectúan a la escala de las unidades más pequeñas de un sólido:  moléculas y átomos.. Así ocurre con la relación entre el agua y materiales sólidos hidrofóbicos: su interacción lleva décadas ocupando a equipos científicos de todo el mundo. Ahora, un trabajo recién publicado en Nature Communications ha puesto ‘patas arriba’ nuestro conocimiento sobre el tema y resuelto las controversias existentes. 

La investigación ha estudiado la interacción de moléculas de agua sobre grafito en condiciones ambientales reales y ha descubierto que el agua “nunca llega a colocarse en la superficie del material, ya que se le interponen dos o tres monocapas de hidrocarburos que vienen del entorno, lo que condiciona por completo las propiedades finales del material”, explica Ricardo García, investigador del CSIC en el Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid y uno de los líderes del trabajo.

El investigador señala que conocer cómo el agua interactúa (y cambia su estructura) cuando se encuentra en contacto ante superficies sólidas es clave para muchos procesos tecnológicos: “La capacidad de identificar la estructura realista de las interfaces sólido-agua es crucial para el diseño racional de sistemas que sirvan para conversión y almacenamiento de energía o la biodetección”, explica. Sin embargo, en la actualidad estudiar estas interacciones en condiciones reales es todo un reto: la estructura del agua puede estar afectada por muchos factores y su estudio “es inherentemente complejo” y, aunque se han desarrollado varias técnicas que lo han intentado, ninguna ha llegado a explicar los fenómenos que se estaban observando.

Ahora, gracias a la combinación de técnicas avanzadas de microscopía de fuerza atómica (AFM, por sus siglas en inglés) y de espectroscopía Raman (el estudio de la interacción entre la luz y la materia), han logrado observar exactamente, y a nivel atómico, qué está ocurriendo cuando las moléculas de agua llegan al grafito. “Ese hidrocarburo, que normalmente sería irrelevante, a nivel molecular afecta a su superficie y cambia sus propiedades”, continúa García, que destaca que esto consigue explicar “fenómenos que antes no cuadraban como, por ejemplo, que una membrana descontaminante fuera más lenta de lo esperado”.

El investigador destaca especialmente que el descubrimiento ha sido posible gracias al desarrollo de la microscopía de fuerza atómica tridimensional, una técnica en la que su laboratorio en el ICMM-CSIC es uno de los líderes mundiales.  Se basa en la interacción de una punta finísima (de apenas unos átomos) con el medio líquido que rodea la superficie de un material. Gracias a ella, los y las investigadoras pueden no solo ver los átomos, sino interaccionar con ellos con una precisión nunca antes vista.

Agua vs. Carbón

El estudio, que de hecho ha sido seleccionado como uno de los más destacados entre los publicados por Nature Communications en los últimos meses, ha analizado precisamente la interacción entre al agua y el grafito porque las interfaces agua-carbón (el grafito es una de las formas en las que se presenta el carbono en la naturaleza) son de las más importantes para aplicaciones como el almacenamiento de energía, la electrocatálisis, la biodetección de contaminantes o la desalinización de aguas. “Además, usamos un sistema que garantiza mediciones reproducibles en diferentes laboratorios”, agrega en relación a la relevancia y replicabilidad de su estudio.

Una vez observado qué está ocurriendo y por qué esto afecta a aplicaciones, los autores del trabajo esperan que los resultados se apliquen a otras interacciones de agua con sólidos. “La mayoría de los materiales sólidos como semiconductores o metales pueden aumentar su hidrofobicidad al exponerse al aire,  ahora sabemos que, en esos casos, una barrera de hidrocarburos se interpone entre su superficie y el agua.”, concluye.

Referencia Bibliográfica:
Lalith Krishna Samanth Bonagiri, Diana M. Arvelo, Fujia Zhao, Jaehyeon Kim, Qian Ai, Shan Zhou, Kaustubh S. Panse, Ricardo Garcia* & Yingjie Zhang*. Probing the molecular structure at graphite–water interfaces by correlating 3D-AFM and SHINERS. Nature Communications. DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-026-68667-y 

Martes, Marzo 10, 2026 - 09:40