Apa închisă într-un nanotub de carbon cu diametrul interior de circa 1,4 nanometri nu mai formează, în cea mai mare parte, legăturile de hidrogen dintre molecule, ci se comportă ca niște molecule izolate. Într-un tub de 2,3 nanometri, apa a rămas în forma sa obișnuită.

O echipă condusă de Arun Majumdar, de la Universitatea Stanford, și de Jordan Hachtel, de la Laboratorul Național Oak Ridge, a publicat pe 7 octombrie în revista Nature rezultatul acestor măsurători. Au participat și cercetători de la MIT, de la Universitatea Vanderbilt și de la alte instituții. O versiune preliminară a lucrării fusese pusă pe serverul arXiv încă din februarie 2024.

În apa lichidă, moleculele se țin între ele prin legături de hidrogen: atomul de hidrogen al unei molecule este atras de atomul de oxigen al alteia. Aceste legături slabe dau apei multe dintre proprietățile ei. Autorii spun în versiunea preliminară că apa din canale de câțiva nanometri, adică de câteva milionimi de milimetru, se poate mișca mult mai repede decât apa obișnuită. Relatarea Scienmag leagă subiectul de filtrare, desalinizare și baterii. Până acum, însă, rețeaua de legături a fost greu de văzut direct în interiorul unui singur tub.

Cum au privit în interiorul unui tub

Nanotuburile de carbon sunt tuburi minuscule făcute din atomi de carbon. Cercetătorii le-au crescut pe plăci mici pentru microscopul electronic, le-au tăiat cu un fascicul de ioni ca să le deschidă și le-au expus la o umiditate de peste 99%, astfel încât apa să intre în ele. Apoi tuburile au fost sigilate și duse în microscop.

Acolo au folosit o tehnică numită spectroscopie vibrațională a pierderilor de energie ale electronilor. Electronii care trec pe lângă tub pierd o cantitate de energie ce corespunde vibrației legăturii dintre oxigen și hidrogen în moleculele de apă. Frecvența acestei vibrații trădează starea moleculelor: când hidrogenul este prins într-o legătură cu o moleculă vecină, frecvența este mai joasă, iar când este liber, ca în vaporii de apă, este mai înaltă. Rezoluția permite măsurători pe tuburi individuale.

Ce s-a văzut în tuburi de două diametre

În tubul de circa 2,3 nanometri, apa a arătat vibrația tipică apei lichide obișnuite, cu legături de hidrogen. În tubul de circa 1,4 nanometri, vibrația s-a deplasat spre cea a moleculelor libere, ceea ce autorii interpretează ca o stare în care moleculele sunt împrăștiate și nu se mai leagă între ele prin legături de hidrogen. Simulările pe calculator au arătat că raportul dintre moleculele legate și cele libere crește aproape liniar cu diametrul tubului, între 0,8 și 2,3 nanometri, și cu densitatea apei.

Experimentele făcute la temperaturi foarte joase au sugerat și tranziții structurale ale apei din tuburi. În versiunea preliminară a lucrării, în tubul larg a apărut la minus 173 de grade Celsius (100 de kelvini) un semnal suplimentar, pe care autorii îl leagă de o structură asemănătoare gheții. În versiunea din Nature, simulările indică un mod suplimentar de vibrație la temperaturi joase, descris ca „posibil” asemănător gheții.

Ce rămâne nelămurit

Interpretarea teoretică este prezentată drept „compatibilă” cu experimentele, nu drept singura explicație posibilă. Forma de gheață rămâne o ipoteză. Imaginile principale arată un număr mic de tuburi individuale, la două diametre. În versiunea preliminară, autorii spun că nu pot exclude complet ca fasciculul de electroni să fi influențat unele semnale, că tratarea fondului a fost aproximativă și că ar fi nevoie de mai multe măsurători. Tot acolo scrie că tuburile umplute cu apă sunt greu de găsit.

Nu am găsit comentarii ale unor cercetători din afara echipei în sursele consultate. Aplicațiile menționate, de la membrane de filtrare la baterii, sunt posibilități, nu rezultate ale acestui studiu.

Apa din nanotuburi de carbon de circa 1,4 nanometri nu mai are în cea mai mare parte legăturile de hidrogen care o țin ca lichid, iar în tuburi de 2,3 nanometri le păstrează. Studiul arată asta prin măsurători directe în tuburi individuale, dar se bazează pe puține tuburi, iar explicațiile pentru temperaturi joase sunt încă ipoteze.

---

Sursă: Xintong Xu (primul autor), Matthias Kuehne, Harrison A. Walker, De-Liang Bao, Xin Jin, Yu-Ming Tu, Cody L. Ritt, Joel Martis, Juan Carlos Idrobo, Sokrates T. Pantelides, Michael S. Strano, Jordan A. Hachtel (autor corespondent, Laboratorul Național Oak Ridge) și Arun Majumdar (autor corespondent, Universitatea Stanford și SLAC), de la Stanford, MIT, Vanderbilt, Oak Ridge și alte instituții, „Hydrogen bonding in water under extreme confinement”, Nature, 7 octombrie 2026, https://doi.org/10.1038/s41586-026-10858-0