El cuarto estado del agua | Dr. Gerald Pollack | TEDxGuelphU

Esta charla se presentó en un evento TEDx local, producido independientemente de las Conferencias TED.

El profesor de Bioingeniería de la Universidad de Washington, Gerald Pollack obtuvo su doctorado en Ingeniería Biomédica en la Universidad de Pensilvania en 1968. Fue entonces que se unió como profesor a la Facultad de Bioingeniería de la Universidad de Washington.
En esta charla, explica la teoría del cuarto estado del agua y los usos que el fenómeno podría tener.

Gracias

El agua es algo bastante lindo de mirar,

y supongo que todos saben
que somos 2/3 agua,

¿no es así? Bien.

Pero puede que no sepan que,
por ser la molécula de agua tan pequeña,

2/3 se traduce como
el 99 % de las moléculas.

Piénsenlo, 99 % de sus moléculas son agua.

Así que sus zapatos transportan
una gota de agua, básicamente.

Ahora, el asunto es, en sus células,

¿hacen algo esas moléculas de agua?

Esas moléculas en la práctica
¿están desocupadas

o hacen algo que pueda ser
realmente, realmente interesante?

A este respecto, ¿estamos al menos
realmente seguros que el agua es H₂O?

Leemos sobre eso en libros de texto,

¿pero es posible que algo de agua
no sea en realidad H₂O?

Son preguntas cuyas respuestas
en realidad no son tan simples

como Uds. creen que son.

De hecho, en realidad estamos a oscuras
respecto del agua, sabemos muy poco.

¿Y por qué sabemos tan poco?

Probablemente piensen
que el agua es algo tan difundido

y es una molécula tan simple,

que todo debería saberse
acerca del agua, ¿no?

Es decir, pensarían que está todo ahí.

Bueno, los científicos piensan lo mismo.

Muchos científicos piensan
que el agua es tan simple,

que ya se sabe todo.

Pero, de hecho, ese no es el caso.

Así que déjenme mostrales algunos
ejemplos de cosas acerca del agua.

que deberíamos saber, pero que
en realidad no tenemos ni idea.

Aquí hay algo que ven cada día.

Uds. ven una nube en el cielo y,
probablemente no se hayan preguntado

¿Cómo llega el agua ahí?

Me refiero a ¿por qué hay
solo una nube ahí si el agua

se está evaporando por todos lados?

¿por qué formará esa nube
lo que Uds. ven ahí?

También otra pregunta: ¿pueden imaginar
gotas de agua flotando en agua?

Uno espera que que las gotas se fundan
instantáneamente con el agua.

Las gotas persisten por largo tiempo.

Aquí otro ejemplo, caminar sobre el agua,

Esta es una lagartija de Centroamérica.

Y porque camina sobre el agua
se la denomina Lagartija Jesucristo.

Dirán primero:
"Yo sé la respuesta a esto,

la tensión superficial del agua es alta".

Pero la idea habitual sobre
la tensión superficial

es que hay una capa unimolecular
de agua en la superficie

y esta capa unimolecular alcanza
para crear la suficiente tensión

para sostener lo que sea que se ponga ahí.

Creo que es un ejemplo
de que algo no encaja.

Y aquí otro ejemplo

Dos vasos de agua.
Uno coloca un electrodo en cada uno,

aplica alto voltaje entre ellos y resulta
que se forma un puente entre ellos,

y este puente está formado por agua,
un puente de agua.

Este puente puede sostenerse

mientras alejamos un vaso del otro

tanto como 4 cm

sosteniéndose básicamente
de forma indefinida.

¿Cómo es que no podemos explicarlo?

A lo que me refiero es que hay
montón de cosas acerca del agua

que deberíamos entender
pero no entendemos,

realmente no sabemos.

De acuerdo, ¿qué sabemos acerca del agua?

Hemos aprendido que la molécula de agua

contiene un oxígeno y dos hidrógenos.

Eso lo han leído en los libros. Sabemos eso.

También sabemos que hay
muchas moléculas de agua

y esas moléculas están en realidad
moviéndose microscópicamente.

Sabemos eso.
¿Qué no sabemos acerca del agua?

Bien, no sabemos nada sobre
el comportamiento "social" del agua.

¿A qué me refiero con social?
Bien, digamos, sentarse en un bar

charlando con el de al lado.

No sabemos cómo las moléculas de agua
comparten información o interactúan

ni tampoco conocemos los movimientos
reales de las moléculas de agua

Cómo interactúan las moléculas
de agua unas con otras,

o cómo interactúan con otras moléculas

como esta violeta sentada aquí.
Lo ignoramos.

También los estados del agua.

Todos hemos aprendido
que hay un estado sólido,

un estado líquido y uno gaseoso.

Sin embargo hace cien años

surgió la idea de que podría
haber un cuarto estado,

algo entre sólido y líquido.

Sir William Hardy, un famoso físicoquímico

exactamente cien años atrás,

postuló que efectivamente había
un cuarto estado del agua,

y que este agua estaba más ordenada
que los otros tipos de agua,

y, de hecho, tenía una consistencia
como de gel.

Así, nos surgió la pregunta.

Todo sobre esto se olvidó porque,
al ir mejorando los métodos,

se comenzaron a estudiar las moléculas
en vez de los ensamblajes de las moléculas

y la gente olvidó lo referente a la
colectividad de las moléculas de agua,

y comenzaron a mirar,
lo mismo que en biología,

las moléculas individuales
y a perder de vista el conjunto.

Hemos pensado en mirar esto

porque tenemos idea de que
es posible que

este eslabón perdido,
este cuarto estado,

podría realmente ser el eslabón perdido

para entender los fenómenos
que no entendemos acerca del agua.

Empezamos mirando en algún lugar
entre el sólido y el líquido.

Y pusimos en marcha
los primeros experimentos.

Tomamos un gel, ese es el sólido,
y lo pusimos junto al agua.

Añadimos algunas partículas al agua

porque teníamos la sensación de que
las partículas podrían mostrarnos algo.

Y Uds. pueden ver que lo que ocurrió:

las partículas comenzaron
a alejarse de la interfaz

entre el gel y el agua,

y continuaron moviéndose,
moviéndose y moviéndose.

Y se detuvieron a una distancia

similar al grosor de un cabello.

Ahora, podría parecer pequeña
pero en dimensiones moleculares

eso es prácticamente infinito,
es una distancia enorme.

Empezamos estudiando
las propiedades de esta zona,

y la llamamos, por razones obvias,
la zona de exclusión,

porque casi cualquier cosa
que pongan ahí sería excluida,

sería expelida de la zona
en cuanto ésta se forma.

O en vez de zona de exclusión,
ZE para abreviar.

Luego encontramos que
la clase de materiales

que puede crear o nuclear
este tipo de zona,

no solo geles sino que encontramos que
casi todos los materiales afines al agua,

los llamados hidrófilos,
pueden hacer esto mismo

creando el agua ZE,

y en cuanto el agua ZE se forma,
expele todos los solutos

o pertículas hacia masa de agua.

Empezamos a aprender sobre
las propiedades y llevamos ya

unos cuantos años
observando estas propiedades.

Y se observaron cosas como esta:

Pongan material contra el agua y estas
láminas de agua ZE comienzan a formarse,

se agregan y agregan y continúan
agragándose una a una.

Si se fijan en la estructura
de cada uno de esos planos,

verán una estructura hexagonal tipo panal

un poco como hielo, aunque no es hielo.

Y si miran cuidadosamente pueden ver
las estructuras moleculares.

Por supuesto, estas consisten
en hidrógeno y oxígeno,

porque está hecho de agua.

Pero efectivamente no son
moléculas de agua.

Si hacen el conteo
del número de hidrógenos

y del número de oxígenos,

resulta que no es H₂O,

es, en realidad, H₃O₂.

De modo que es posible que haya agua
que no sea H₂O, un estado del agua.

Observamos, por cierto, más de estas
propiedades extremadamente interesantes

y lo que encontramos fue que si
colocamos unos electrodos en el agua EZ,

porque pensamos que quizá había
algún potencial eléctrico,

y resultó que hay gran cantidad
de cargas negativas en esa zona.

Usamos unos tintes para visualizar
las cargas positivas y encontramos

que en la masa de agua había una
cantidad equivalente de cargas positivas

Pero ¿qué estaba ocurriendo?

Parecía como si junto a la interfaz

de algún modo la
molécula de agua se dividía

en una parte negativa y otra positiva.

Y la parte negativa iba directamente
hacia el material hidrófilo.

Las cagas positivas se alejaban de él.

Encontramos que da lo mismo,
que no se requiere

una superficie plana,
podrían tener también una esfera.

Así, pongan una esfera en el agua
y cualquier esfera suspendida en el agua

desarrolla una de esas zonas de exclusión
con carga negativa a su alrededor,

más allá está toda la carga positiva.
Separación de cargas.

No tiene que ser una esfera sólida.

De hecho, pueden poner una gota,
una gota de agua,

o incluso una burbuja
y obtendrían el mismo resultado.

Rodeando cada una de estas entidades
hay carga negativa

y la carga positiva separada de ella.

Una pregunta para Uds.:

si toman dos de estas entidades
cargadas negativamente

y las echan en un recipiente con agua,
cerca una de la otra

¿que sucede con la distancia entre ambas?

Apuesto a que el 95 % diría
"Bien, es fácil

aprendí en física que negativo
y negativo se repelen entre sí

así que se separarán una de otra."

¿Cierto? ¿Es esto lo que creen?

Bueno, el verdadero resultado
si razonan sobre esto,

es que no solo hay cargas negativas
sino que también hay cargas positivas

y la carga positiva está
especialmente concentrada

entre esas dos esferas,

porque provienen de aportes
de ambas esferas.

Así que hay gran cantidad de ellas.

Cuando tienen positivo entre dos negativos

lo que ocurre es que obtienen
una fuerza atractiva.

Y entonces lo esperable es que
esas dos esferas en realidad se junten

sin importar el hecho de que
tengan cargas iguales,

y es exactamente lo que ocurre.

Esto es sabido desde hace tiempo.

Se juntan y si tienen muchas de ellas,
en vez de solo dos de ellas,

tendrán algo que luce como esto.

Se juntarán y esto se denomina
cristal coloidal.

Es una estructura estable.

De hecho, el yogur que tal vez
tomaron esta mañana

probablemente consista
de algo como lo que ven aquí.

Se juntan debido a las cargas opuestas.

Lo mismo es válido si tienen
gotitas de agua.

Se juntan a causa de las cargas opuestas.

Así que cuando analizan la niebla,
o un aerosol en el aire

o analizan una nube,

la auténtica razón de que esas
gotitas de aerosol se junten

son estas cargas opuestas.

Las gotitas en el aire,
con cargas similares

se aglutinan juntas
formando esa nube en el cielo.

Así que el cuarto estado o estado ZE,
realmente explica mucho.

Explica, por ejemplo, la nube.

Es la carga positiva la que

hace que esas cáscaras ZE
negativamente cargadas se atraigan

formando una nube condensada
tal como la ven en el cielo.

Respecto de las gotas de agua,

la razón de que se sostengan
sobre la superficie

a veces hasta por decenas de segundos

--y pueden verlo si están en un bote

y está lloviendo, pueden a veces ver
sobre la superficie del lago

que esas gotas se sostienen
por algún tiempo--

y la razón de que sostengan es que
cada gota tiene esta cáscara,

esta cáscara ZE y
la cáscara debe romperse

a fin de que la gota se una con el agua de abajo.

Respecto de la lagartija Jesucristo, la razón
de que la lagartija puede caminar

no es debida a una capa unimolecular,

sino que hay muchas capas ZE
revistiendo la superficie

y son como un gel, son más tenaces
que la superficie ordinaria.

Por lo tanto pueden hacer flotar una
moneda en la superficie del agua,

o hacer flotar un sujetapapeles,

aunque si los ponen debajo de la
superficie, se hunden hasta el fondo.

Es a causa de eso.

Respecto del puente de agua

si lo razonan como agua típica, líquida,
homogénea, es difícil de entender.

Pero si lo asumen como agua ZE
y con carácter de gel,

entonces podrán entender cómo
puede sostenerse casi sin curvarse

una estructura muy rígida.

De acuerdo, todo bueno y correcto, pero
¿por qué esto es útil para nosotros?

¿Qué podemos hacer con esto?

Bueno, podemos obtener energía del agua.

De hecho, la energía que podemos
obtener del agua es gratis.

Literalmente gratis. Podemos
tomarla del medio ambiente

Lo explicaré.

Tienen un esquema en el diagrama
con carga negativa y carga positiva

y cuando tienen dos cargas
opuestas, una junto a la otra

es como una batería.

Así, en realidad tenemos
una batería hecha de agua

y pueden extraer carga de ella,
así es ahora mismo.

Las baterías se descargan,
como en sus celulares

que necesitan recargarse
cada uno o dos días

entonces la pregunta es: ¿qué es
lo que carga a esta batería de agua?

Nos tomó un tiempo percatarnos
qué es lo que recarga a la batería.

Un día haciendo un experimento
un estudiante caminó por el laboratorio

llevando una lámpara.

Tomó la lámpara e iluminó la muestra,

y donde la lámpara iluminaba
encontramos que la ZE crecía,

creció a grandes pasos.

Así que pensamos
"ajá, parece que es la luz"

y tenemos muchos experimentos
para demostrar que la energía

para formar esto proviene de la luz.

Proviene no solo de la luz directa
sino también de la indirecta.

¿A qué me refiero con luz indirecta?

Bien, me refiero a luz indirecta que es,

por ejemplo, la luz infrarroja
que hay por todo este auditorio

Si apagáramos todas las luces,
incluyendo los reflectores,

tomara mi cámara infrarroja
y enfocara a la audiencia,

podrían ver una imagen clara y brillante.

Y si enfocara las paredes
podrían ver una imagen muy clara.

Y la razón de esto es que todo está
emitiendo radiación infrarroja,

Uds. están emitiendo radiación infrarroja,

que es la energía más efectiva

para formar esta separación
de cargas y este cuarto estado.

En otras palabras, tienen
el material, tienen el agua ZE,

y recogen energía del ambiente

y mientras recogen energía del ambiente

la zona de exclusión crece.

Y si retiran la energía extra,
vuelve a su tamaño normal.

Entonces esta batería es cargada
básicamente por la luz, por el sol.

Es un regalo del sol.

Si piensan en ello, en lo que ocurre

con una planta que tengan
colocada en su cocina

le están dando luz, Uds. saben
de donde proviene la energía,

la energía proviene de la luz,

son los fotones que golpean la planta
los que proveen toda la energía ¿cierto?

Y la planta la convierte
en energía química,

la energía lumínica en energía
química y la energía química

se usa luego para crecer, para el
metabolismo, plegarse y lo que sea.

Es lo que todos sabemos,
es muy habitual.

Lo que estoy sugiriendo
a partir de nuestros resultados

es que lo mismo ocurre en el agua.

No sorprende porque las plantas
son principalmente agua,

sugiriendo que la energía
proviene del entorno

energía lumínica, infrarroja,
básicamente energía radiante.

Y el agua está absorbiendo la energía

y convirtiendo esa energía
en algún tipo de trabajo útil.

Entonces llegamos a la ecuación E = H₂O.

Un poquito diferente de la ecuación
con la que están familiarizados.

Pero pienso que realmente es cierto
que no pueden separar la energía del agua;

el agua es un reserva de energía
proveniente del medio ambiente.

Ahora ¿podemos recolectar algo
de esta energía o es totalmente inútil?

Bien, podemos hacerlo porque tenemos
una zona negativa y otra positiva.

Y si ponen dos electrodos ahí
pueden extraer energía ¿cierto?

Tal cual una batería.

Y nosotros lo hemos hecho
y, por ejemplo,

logramos un visor óptico muy simple.

Puede funcionar con la energía
que pueden tomar de aquí.

Obviamente necesitamos desarrollarlo
en algo mayor y mejor

a fin de obtener energía.

Es energía gratis y proviene del agua.

Otra oportunidad que estamos desarrollando

es la obtención de agua potable,
agua clara, gratuita y potable.

Si tienen un material hidrófilo

y junto a este ponen agua contaminada

con basura de la que quieren deshacerse,

lo que ocurre, como les mostré,

es que esta materia es
expulsada más allá de la ZE

y la ZE resultante no tiene
ningún contaminante.

Así, pueden poner bacterias ahí
y las bacterias serían expulsadas.

Y dado que la zona de exclusión es grande,

es fácil extraer el agua y recolectarla

y nosotros lo hemos hecho.

Estamos trabajando en un
intento de hacerlo práctico.

Una de las cosas que observamos
es que hasta la sal

aparentemente es excluída.

Así que ahora estamos
pensando en extender esto

poniendo agua de mar.

Si ponen agua de mar
y la sal es excluída,

entonces simplemente extraen
el agua ZE, que estará libre de sal

y pueden obtener agua potable a la salida.

Obteniendo energía biológica.

Las células están llenas de macromoléculas
proteínas, ácidos nucleicos;

y cada una de ellas es un núcleo
de formación de agua ZE.

Rodeando a cada uno de ellos hay agua ZE.

El agua ZE está cargada negativamente,
la región en torno positivamente cargada,

así que tienen separación de carga.

Y esas cargas separadas
son gratis y están disponibles

para producir reacciones
dentro de sus células.

Lo que realmente significa es que
es una suerte de fotosíntesis

lo que están haciendo sus células.

La luz está siendo absobida,

convertida en separación de cargas,

tal cual lo que ocurre en la fotosíntesis,

y esas cargas son usadas por Uds.

Un ejemplo de esto, obteniendo
energía a mayor escala

me refiero a que la energía llega
todo el tiempo de todas partes

y es absorbida por Uds.,
bastante profundamente:

Si toman un flash y se iluminan
a través de la palma

pueden en efecto verlo a través,
así que penetra profundamente

y Uds. tienen muchos vasos
sanguíneos por todo alrededor,

especialmente capilares
cerca de la periferia

y es posible que algo
de la energía que llega

sea usada para ayudar
a la circulación de la sangre.

Lo expico en un momento.

Lo que ven es la microcirculación,
esto es un pedazo de músculo

y pueden ver algunos capilares
siguiendo su recorrido

y lo que pueden ver en esos
capilares son los glóbulos rojos.

Un glóbulo rojo típico luce como
los de arriba a la derecha.

Es grande, pero cuando circula se deforma.

La razón de que se deforme es que
el vaso sanguíneo es muy chico.

El vaso es a veces incluso de la mitad
del tamaño de los glóbulos rojos,

que van entrando y avanzando.

Ahora, hacer esto requiere bastante energía

y la pregunta es: ¿su corazón
realmente aporta toda la energía

necesaria para realizar esta tarea?

Y lo que encontramos es sorprendente

Encontramos que si tomamos
un tubo de material hidrófilo

--como un sorbete-- y ponemos
el sorbete en el agua,

obtenemos un flujo constante
que lo atraviesa indefinidamente.

Aquí está el experimento,
aquí está el tubo,

pueden ver que el tubo se pone en el agua.

Llenamos el interior para estar
seguros de que esté completamente lleno,

se lo pone en el agua y ésta contiene
algunas esferas, algunas partículas

así que podemos detectar
cualquier movimiento que ocurra.

Si lo miran con el microscopio
lo que encuentran luce así:

un flujo continuo a través del tubo.

Esto puede seguir un día entero
el tiempo por el que lo observamos

Es gratis, la luz impulsa este flujo

en un tubo, sin fuentes de
energía extra aparte de la luz.

Si piensan en el ser humano

y piensan en la energía que está siendo
absorbida por su agua y sus células

es posible que podamos usar
algo de esa energía

para impulsar procesos biológicos
de un modo que no hayan imaginado antes.

Lo que les presenté tiene
muchas implicancias

para la ciencia y la tecnología en las que
apenas hemos empezado a pensar.

Y lo más importante es
que la energía radiante

es absorbida por el agua
y le cede energía al agua

en términos de potencial químico.

Y esto puede usarse
en contextos biológicos

como en el flujo sanguíneo, por ejemplo,

así como en muchos otros contextos.

Y cuando piensan en reacciones
químicas que involucran al agua

Uds. piensan solo en una
molécula puesta en el agua.

Pero lo que les mostré
no es exactamente eso,

tienen la partícula, la ZE, la carga
positiva, el efecto de la luz,

y todo eso debe tomarse en cuenta.

Así que puede que sea necesario reconsiderar
muchos de los tipos de reacciones

para entender esas reacciones

que hemos aprendido en
nuestras clases de química.

Clima.
Les mostré acerca de las nubes.

El factor crítico es la carga.

Si toman un curso sobre clima

escuchan que los factores más críticos
son temperatura y presión.

La carga casi no se menciona,

a pesar del hecho de que pueden ver
rayos y relámpagos todo el tiempo.

Pero las cargas son mucho más importantes
que la presión y la temperatura

para definir de clima que vemos.

Salud. Cuando están enfermos
el médico les dice que tomen agua.

En esto hay más de lo que vemos.

Y en la comida, la mayor parte es agua,

no pensamos en la comida como si
lo fuera, pero es principalmente agua.

Si queremos entender
cómo congelarla, cómo conservarla

cómo prevenir la deshidratación,

debemos conocer algo acerca
de la naturaleza del agua.

y estamos empezando a entender esto.

En términos del uso práctico,
la desalinización es una posibilidad

y casualmente, la desalinización

es más necesaria allí
donde el sol brilla más,

en los climas secos.

Así que la energía para hacer todo esto
está disponible, es gratis.

Y para filtrado también,

una manera muy simple es sacar
las bacterias y lo demás del agua potable

de hecho podría ser bastante barato
para los países del tercer mundo.

Y finalmente obtener electricidad del agua

por medio de la energía solar,
otra posibilidad.

He tratado de explicarles
el cuarto estado del agua,

entendiendo que realmente el agua
no tiene tres estados, sino cuatro.

y entendiendo que el cuarto estado,
creo yo que es la clave

para abrir la puerta al entendimiento
de muchos, muchos fenómenos.

Y ante todo, lo que de verdad
más nos gusta,

es entender la gentil belleza
de la naturaleza.

Muchas gracias.

(Aplausos)