Un experimento de Oxford demuestra que las partículas con cargas iguales también se atraen

Un equipo de químicos de la Universidad de Oxford, en el Reino Unido, ha demostrado que el famoso principio del electromagnetismo que asegura que las partículas con cargas del mismo signo siempre se repelen es erróneo. Al menos, no es así en todos los casos. Los investigadores han observado cómo en ciertas circunstancias, este tipo de partículas se pueden atraer, incluso si están separadas por largas distancias.

Que los polos opuestos se atraen y los iguales se repelen es algo que tenemos grabado a fuego en el cerebro aunque no hayamos pisado una clase de química en nuestra vida. De ahí que el nuevo descubrimiento de los investigadores de Oxford, publicado en la revista Nature Nanotechnology, sea tan sorprendente como contraintuitivo.

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El equipo ha encontrado una excepción a esa regla: cuando se introducen partículas con el mismo tipo de carga en determinadas soluciones líquidas, pueden atraer partículas similares incluso a distancias relativamente largas. Además, han observado algo aún más extraño, distintos tipos de soluciones provocan diferentes comportamientos en las partículas con cargas positivas y negativas que permiten manipularlas a voluntad.

“Me sigue pareciendo fascinante ver cómo se atraen estas partículas, incluso después de haberlo visto mil veces”, asegura Sida Wang investigador de la Universidad de Oxford y uno de los autores del estudio.

El experimento

Para sus test, el equipo suspendió partículas de sílice con carga negativa en agua. Gracias a un microscopio de campo brillante, los investigadores observaron que las partículas se atraían entre sí para formar agrupaciones dispuestas hexagonalmente. Sin embargo, también vieron que las partículas de sílice cargadas positivamente mantenían su repulsión y no se unían en grupos.

Basándose en una teoría de las interacciones entre partículas que tiene en cuenta la estructura del disolvente, el equipo estableció que en las partículas con carga negativa sumergidas en el agua existe una fuerza de atracción que supera la repulsión electrostática y provoca la formación de grupos, incluso si existen grandes separaciones entre ellas. Mientras que “para las partículas cargadas positivamente en el agua, esta interacción impulsada por el disolvente es siempre repulsiva y no se forman agrupaciones”, explican en una nota de prensa publicada en la web de la universidad.

La clave de este insólito comportamiento, dicen, está en el pH. El equipo observó que modificando el pH se puede hacer que los grupos de partículas cargadas negativamente se agrupen o se separen a voluntad. Sin embargo, con independencia del pH, las partículas cargadas positivamente nunca llegaban a formar uniones.

Con alcohol pasa lo contrario

Después de este sorprendente descubrimiento, los investigadores intentaron revertir el proceso y hacer que las partículas de sílice cargadas positivamente se unieran en grupos mientras que las cargadas negativamente se repelieran. Para ello, en lugar de sumergir las partículas en agua, lo hicieron con etanol, un alcohol que funciona también como disolvente y que presenta distinto comportamiento al agua.

El resultado fue como esperaban: las partículas cargadas positivamente también formaron agrupaciones hexagonales, mientras que las cargadas negativamente no lo hicieron.

Según los investigadores, este estudio supone una “recalibración fundamental en nuestro entendimiento que influirá en la forma de pensar sobre procesos tan diferentes como la estabilidad de los productos farmacéuticos y de química fina o el mal funcionamiento patológico asociado a la agregación molecular en las enfermedades humanas”.