«Ciò che più ci ha sorpreso è quanta parte dell'apparente effetto di confinamento si spiegasse con la termodinamica»: con queste parole Angelos Michaelides riassume una scoperta che chiude un dibattito lungo dieci anni.
La domanda era semplice quanto ostinata: come cambia la chimica dell'acqua quando la si stipa in spazi larghi appena qualche molecola? Per un decennio le risposte si erano contraddette a vicenda.
In gioco c'è una delle proprietà cardine dell'acqua: la capacità di spezzarsi in due particelle cariche, lo ione idronio e lo ione idrossido, il rapporto che ne fissa il pH. Per capire se la reclusione nanometrica alteri quella scissione, il gruppo di Cambridge, Harvard, CalTech e Max Planck ha impiegato simulazioni di machine learning con la precisione della meccanica quantistica, osservando l'acqua schiacciata tra fogli di grafene e di nitruro di boro esagonale. La sorpresa è arrivata dalla pressione.
Tra quei fogli spessi un atomo, l'acqua subiva pressioni interne di diversi gigapascal, paragonabili a quelle delle profondità terrestri, pur senza alcuna forza esterna: a generarle è l'attrazione di van der Waals, debolissima fra due atomi ma poderosa quando si esercita sulle vaste superfici dei materiali bidimensionali.
Confrontando l'acqua confinata con acqua ordinaria alla stessa pressione, il comportamento risultava identico. A dettare legge, insomma, era la pressione, e non la reclusione in sé. Sebbene il solo rinchiudere l'acqua non ne muti la chimica, il materiale che la circonda pesa eccome. Nelle gocce racchiuse dal nitruro di boro gli ioni idrossido, ai bordi, si saldano alla parete e rendono più facile la scissione; il grafene, chimicamente inerte, se ne sta a guardare.
Ne discende una regola pratica, che secondo Christoph Schran riconcilia dieci anni di studi discordi, preziosa per chi progetta celle a combustibile a idrogeno, batterie e membrane selettive: più che sulle dimensioni del poro, conviene agire sulla pressione interna e sulla superficie con cui l'acqua fa i conti.
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