{"id":90259,"date":"2026-09-04T11:11:40","date_gmt":"2026-09-04T11:11:40","guid":{"rendered":"https:\/\/www.ull.es\/portal\/noticias\/?p=90259"},"modified":"2026-09-04T11:11:40","modified_gmt":"2026-09-04T11:11:40","slug":"estudio-efectos-cuanticos-cambiar-fusion-agua","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.ull.es\/portal\/noticias\/2026\/estudio-efectos-cuanticos-cambiar-fusion-agua\/","title":{"rendered":"Un estudio revela c\u00f3mo los efectos cu\u00e1nticos pueden cambiar la fusi\u00f3n de peque\u00f1os agregados de agua"},"content":{"rendered":"

\"\"<\/a>\u00bfQu\u00e9 significa realmente que algo se funda cuando est\u00e1 formado \u00fanicamente por unas pocas mol\u00e9culas? Aunque se suele pensar en la fusi\u00f3n del hielo como un fen\u00f3meno cotidiano y bien conocido, cuando se reduce el sistema a apenas unas mol\u00e9culas de agua, aparecen comportamientos sorprendentes que pueden alejarse considerablemente de la intuici\u00f3n general sobre la materia macrosc\u00f3pica.<\/p>\n

Esta es una de las cuestiones que aborda un trabajo<\/a> publicado en The Journal of Physical Chemistry Letters (JPCL) firmado por Javier Hern\u00e1ndez Rojas<\/a>, catedr\u00e1tico de F\u00edsica At\u00f3mica, Molecular y Nuclear de la Universidad de La Laguna; Florent Calvo, de la Universidad de Grenoble (Francia); y David J. Wales, de la Universidad de Cambridge (Reino Unido). La revista es la publicaci\u00f3n internacional de referencia en el \u00e1mbito de las propiedades f\u00edsicas y qu\u00edmicas de sistemas moleculares. Adem\u00e1s, el trabajo ha recibido un reconocimiento editorial al ser seleccionado como Supplementary Cover de la revista,<\/p>\n

En este trabajo los investigadores han estudiado mediante simulaciones computacionales los procesos de prefusi\u00f3n y fusi\u00f3n de peque\u00f1os agregados de mol\u00e9culas de agua, comparando su comportamiento desde una descripci\u00f3n cl\u00e1sica con otra que incorpora los efectos cu\u00e1nticos.<\/p>\n

Para ello se ha utilizado MB-pol, un potencial molecular polarizable de alta precisi\u00f3n desarrollado espec\u00edficamente para describir las interacciones entre mol\u00e9culas de agua, junto con funciones de partici\u00f3n obtenidas mediante el m\u00e9todo de superposici\u00f3n arm\u00f3nica, tanto en su formulaci\u00f3n cl\u00e1sica como cu\u00e1ntica.<\/p>\n

En el caso del agregado formado por veinte mol\u00e9culas de agua, (H\u2082O)\u2082\u2080, el an\u00e1lisis se apoya en una extensa base de datos que supera los 800.000 m\u00ednimos locales, correspondientes a diferentes configuraciones estructurales del sistema.<\/p>\n

Esta enorme diversidad permite estudiar c\u00f3mo el agregado explora diferentes estructuras a medida que cambia su energ\u00eda, as\u00ed como relacionar las caracter\u00edsticas termodin\u00e1micas observadas durante la prefusi\u00f3n y la fusi\u00f3n con configuraciones moleculares concretas.<\/p>\n

El estudio analiza para ello la evoluci\u00f3n de la red de puentes de hidr\u00f3geno, las probabilidades de ocupaci\u00f3n de las diferentes estructuras y la entrop\u00eda de informaci\u00f3n asociada. Los resultados permiten relacionar determinadas caracter\u00edsticas de la capacidad calor\u00edfica con m\u00ednimos locales espec\u00edficos de la superficie de energ\u00eda.<\/p>\n

Uno de los resultados m\u00e1s llamativos del estudio aparece en un sistema todav\u00eda m\u00e1s peque\u00f1o: el oct\u00e1mero de agua, (H\u2082O)\u2088, formado \u00fanicamente por ocho mol\u00e9culas.<\/p>\n

Cuando se incorporan los efectos cu\u00e1nticos, los investigadores encuentran una regi\u00f3n claramente convexa en la entrop\u00eda microcan\u00f3nica \u2014un denominado convex intruder<\/em>\u2014 que se manifiesta como una zona de pendiente negativa en la curva cal\u00f3rica microcan\u00f3nica. Esta caracter\u00edstica no aparece cuando el mismo sistema se describe cl\u00e1sicamente.<\/p>\n

El resultado demuestra que los efectos cu\u00e1nticos pueden inducir inequivalencia entre ensembles estad\u00edsticos en un sistema molecular finito. Es decir, distintas maneras de describir estad\u00edsticamente la termodin\u00e1mica de un sistema, que se vuelven equivalentes cuando trabajamos con cantidades macrosc\u00f3picas de materia, pueden conducir a comportamientos diferentes cuando descendemos hasta sistemas constituidos por apenas unas pocas mol\u00e9culas. En este caso, es precisamente la naturaleza cu\u00e1ntica del sistema la que hace aparecer esa diferencia.<\/p>\n

\u201cLo que m\u00e1s nos sorprendi\u00f3 fue comprobar que los efectos cu\u00e1nticos no se limitaban a desplazar ligeramente las propiedades del sistema, sino que pod\u00edan cambiar cualitativamente su comportamiento termodin\u00e1mico. En el oct\u00e1mero de agua, formado por solo ocho mol\u00e9culas, aparece una caracter\u00edstica muy clara en la curva cal\u00f3rica microcan\u00f3nica que simplemente no existe en la descripci\u00f3n cl\u00e1sica. Es un resultado especialmente interesante porque muestra c\u00f3mo, al trabajar con sistemas moleculares tan peque\u00f1os, la f\u00edsica puede alejarse considerablemente de nuestra intuici\u00f3n basada en la materia macrosc\u00f3pica\u201d, explica Javier Hern\u00e1ndez-Rojas.<\/p>\n

El trabajo revela adem\u00e1s otro efecto interesante. Mientras que la incorporaci\u00f3n de los efectos cu\u00e1nticos modifica relativamente poco las principales caracter\u00edsticas de la fusi\u00f3n observadas en el colectivo can\u00f3nico, estos efectos suprimen de forma muy significativa los fen\u00f3menos asociados a la prefusi\u00f3n.<\/p>\n

Las propiedades de la materia<\/strong><\/p>\n

M\u00e1s all\u00e1 del comportamiento concreto de los agregados de agua estudiados, los resultados permiten profundizar en una cuesti\u00f3n fundamental de la f\u00edsica molecular: c\u00f3mo emergen las propiedades termodin\u00e1micas de la materia a partir del comportamiento de sistemas constituidos por un n\u00famero reducido de mol\u00e9culas.<\/p>\n

Los peque\u00f1os agregados moleculares se encuentran lejos del denominado l\u00edmite termodin\u00e1mico, correspondiente a sistemas con un n\u00famero extraordinariamente grande de part\u00edculas. Precisamente por ello pueden presentar fen\u00f3menos que desaparecen o quedan ocultos en sistemas macrosc\u00f3picos.<\/p>\n

El trabajo pone de manifiesto que introducir los efectos cu\u00e1nticos no siempre supone simplemente realizar una peque\u00f1a correcci\u00f3n cuantitativa a una descripci\u00f3n cl\u00e1sica. En determinados sistemas finitos, estos efectos pueden llegar a modificar cualitativamente el comportamiento termodin\u00e1mico.<\/p>\n

Los resultados contribuyen as\u00ed a establecer conexiones entre la f\u00edsica molecular, la mec\u00e1nica estad\u00edstica y la f\u00edsica cu\u00e1ntica, utilizando los agregados de agua como sistemas modelo para investigar fen\u00f3menos fundamentales de la materia a escala molecular.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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