¿Las microondas rompen los enlaces de hidrógeno?

Se nos dice que la energía fotónica de la radiación de frecuencia de microondas ( ∼ 10 − 5   eV ) no es lo suficientemente alto como para romper los enlaces de hidrógeno. Pero si eso es cierto, ¿cómo funciona el calentamiento dieléctrico del agua? El agua líquida es una red de moléculas polares unidas por enlaces H de modo que NO PUEDEN rotar, junto con el haz de microondas o cualquier otra cosa...

Parece que este es un problema de las dos formas de ver la radiación, la onda clásica frente al flujo de fotones, que son incompatibles.

Las moléculas de agua líquida ciertamente no se mantienen en su lugar, son incapaces de moverse. ¡De lo contrario no sería un líquido!
Pero la gente habla de "la conocida red de agua líquida".
En concreto, Marcus (1995): “la conocida red tridimensional de agua líquida”. en la unión del agua por moléculas orgánicas. Bioquímica celular y función 13: 157-163.
Google no encuentra esa frase. Referencia por favor?
Marcus (1995) Unión de agua por moléculas orgánicas. Bioquímica celular y función 13: 157-163
Creo que las microondas funcionan con la energía de rotación de una molécula. Esencialmente, las microondas dan vueltas y vueltas a la molécula a medida que el dipolo eléctrico de la molécula interactúa con el campo eléctrico de las microondas. Este giro rotacional de la molécula se traduce en calor. Pero en algunos casos pueden ocurrir rarezas, como cuando un metal se calienta en el microondas, una acumulación de carga a través del mismo proceso mencionado anteriormente y si la acumulación es lo suficientemente grande, puede ocurrir una chispa que ioniza el aire y el metal. O tome, por ejemplo, uvas de plasma en el microondas a través de la misma ionización de acumulación de voltaje que puede ocurrir
si si, ese es el dogma. Lo que pregunto es cómo puede ser correcto ese dogma, cuando las microondas NO PUEDEN voltear las moléculas de agua, porque las moléculas de agua se mantienen unidas por enlaces de hidrógeno y los fotones de microondas aparentemente no tienen suficiente energía para romper los enlaces de hidrógeno.
Por lo general, las microondas funcionan en estados rotacionales, la radiación IR funciona en estados vibratorios, los rayos X funcionan en estados electrónicos (electrones del núcleo interno), los ópticos y los UV funcionan en estados electrónicos (núcleo externo/electrones de valencia)
De nuevo, sí. Pero no estoy preguntando por IR o rayos X. Estoy preguntando por microondas.
¿Te refieres al enlace de hidrógeno intermolecular o intramolecular? pero estoy de acuerdo con la respuesta a continuación, todo está conectado, las energías pueden transferirse entre modos
Considere reemplazar "Nos dicen eso" por "Es un hecho bien conocido y científicamente comprobado que".
Parece que estás describiendo hielo, no agua. De hecho, en las moléculas de agua helada no pueden girar.
Sus argumentos no están relacionados con la compatibilidad de "onda clásica frente a flujo de fotones".

Respuestas (3)

En un sólido o líquido tenemos vibraciones colectivas de todo el sistema. Puede ser útil pensar en estos como cuasipartículas llamadas fonones, es decir, cuando agregamos energía vibratoria al sistema en su conjunto, genera un fonón o, por el contrario, un fonón puede decaer y emitir energía.

La radiación de cuerpo negro es (principalmente) la emisión de fotones de las vibraciones colectivas, es decir, la descomposición de los fonones para emitir fotones, y el calentamiento dieléctrico es el proceso inverso, es decir, la absorción de fotones para crear fonones. Esto es lo que sucede en su horno de microondas. El calentamiento se debe a la excitación de las vibraciones colectivas, no a la interacción de los fotones con los enlaces de hidrógeno. Los cuantos de estas excitaciones colectivas (es decir, sus fonones) son generalmente muy pequeños, por lo que pueden absorber fotones incluso de energías muy bajas.

En los materiales reales, los modos vibratorios colectivos son osciladores anarmónicos, por lo que todos interactúan entre sí y la energía vibratoria se distribuye entre ellos de acuerdo con la distribución de Boltzmann. Eso significa que la energía de vibración de los fotones de microondas absorbidos se equilibra rápidamente con modos de mayor energía, como las excitaciones vibratorias de los enlaces de hidrógeno, y puede romper esos enlaces. Esto significa que la energía se puede absorber en pequeñas unidades de los fotones de microondas y aun así acumularse lo suficiente como para romper los enlaces de hidrógeno de energía mucho más alta.

John Rennie dice: "Esto significa que la energía se puede absorber en pequeñas unidades de los fotones de microondas y aun así acumularse lo suficiente como para romper los enlaces de hidrógeno de mucha más energía". Entonces, ¿eso significa que es incorrecto decir (como lo hace la industria de los teléfonos celulares) que debido a que los fotones de microondas individuales no tienen suficiente energía para romper los enlaces covalentes, las microondas no pueden romper moléculas como el ADN?
@ user247059 en el ejemplo que analiza, los fotones de microondas calientan el agua y la energía térmica en el agua puede romper los enlaces de hidrógeno. Sin embargo, incluso si el agua se calienta a 100°C, todavía no hay suficiente energía térmica para romper los enlaces covalentes en el ADN. En cualquier caso, dejarías de preocuparte después de que las microondas te hayan calentado más de unos pocos grados :-)
Lo siento, esto no tiene sentido para mí. El modelo generalmente aceptado de cómo las microondas calientan el agua es que hacen que las moléculas de agua (dipolos) giren, y esta rotación provoca fricción, que se manifiesta como calor. Mi pregunta original era cómo esto puede ser correcto, cuando la presencia de enlaces H entre las moléculas de agua evitaría que las moléculas de agua giren. Ahora parece estar diciendo que el calor PRODUCIDO POR la ​​rotación de las moléculas de agua provoca la ruptura de los enlaces H que impiden la rotación de las moléculas de agua. Como dije, esto no me parece tener sentido.
El modelo generalmente aceptado de cómo las microondas calientan el agua es que hacen que las moléculas de agua (dipolos) giren , eso es incorrecto.
Bueno, eso es lo que dice en el Capítulo 2 de Kappe CO Stadler A y Dallinger D (2012) Microwaves in Organic and Medicinal Chemistry, Second Edition Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. ¿Cuál crees que es el modelo generalmente aceptado de cómo las microondas calientan el agua?
Sin embargo es incorrecto. De hecho, las microondas de la frecuencia correcta pueden causar transiciones rotacionales, suponiendo que nada obstaculice la rotación (los enlaces de hidrógeno dificultarían la rotación), pero el calentamiento por microondas, como se usa en las cocinas de todo el mundo, no es un proceso resonante.
Bien, entonces repito. ¿Cómo crees que los hornos de microondas calientan el agua?
Por el proceso que he descrito. La absorción de fotones de microondas crea fonones, y esos fonones luego se dispersan en todos los otros modos de vibración disponibles.
Supongo que no entendí tu publicación sobre los fonones vibratorios. ¿Estás diciendo que esto no tiene nada que ver con el hecho de que las moléculas de agua son dipolos? Si es así, ¿por qué ciertas frecuencias actúan mejor que otras frecuencias?
Este no es realmente el lugar para discusiones prolongadas. Si desea continuar en la sala de chat, estoy allí en este momento.
Siendo un principiante en Physics Stack, no puedo ingresar a la sala de chat.
El pico en la absorción de energía de microondas por parte del agua es causado por el acoplamiento resonante con modos rotacionales, y explica la razón por la cual el hielo absorbe menos energía de microondas (vea mi respuesta anterior aquí ): enlaces de hidrógeno más fuertes

Yo pensaría que las microondas solo son suficientes para tener en cuenta los modos de rotación de la molécula de agua y que no podrían "romper" per se, el enlace de hidrógeno. ¡Incluso si lo hicieran, creo que las fuerzas de Van Der Walls harían una reparación rápida!

No necesitas un cuanto individual de energía para romper las olas; solo necesitas que la energía sea absorbida.

Es como empujar a alguien en un columpio (con los brazos rígidos en el columpio). No necesita ser lo suficientemente fuerte para empujarlos para que hagan un bucle completo después de un solo empujón: sería suficiente seguir empujando en el momento adecuado, y si hay una fricción suficientemente baja en el sistema, eventualmente los empujará. "excesivo".

Los modos de vibración/rotación de las moléculas de agua están acoplados: excitan uno y, con el tiempo, parte de la energía se transfiere a otros modos. Entonces todo el sistema absorbe energía, hasta que los enlaces comienzan a romperse. De hecho, incluso sin agregar energía, los enlaces se rompen (y se forman) todo el tiempo, nuevamente, porque la energía de una molécula de agua individual cambiará a medida que se “sacudan”.

Podemos decir algo sobre la energía promedio de una molécula, pero generalmente no sobre la energía de la molécula individual.

¿Tiene sentido?

Floris: supongo que quiere decir que no necesita un cuanto de energía individual para romper un enlace (no una onda). Pero en realidad esa es la razón exacta por la que la gente dice que las microondas de baja intensidad (como las emisiones de los teléfonos móviles) no son dañinas. Dicen que los fotones de microondas no tienen suficiente energía para ionizar moléculas y que no ionizar no es dañino. El modelo aceptado es que todo se reduce a las interacciones de un solo fotón con la materia.
@ user247059 En los hornos de microondas, se le da energía al agua en los alimentos y eleva su temperatura. niveles vibracionales y rotacionales. Solo cuando la temperatura alcanza el punto de ebullición, la fase líquida se rompe y el H2O se convierte en vapor.
@user247059 "daño" puede ocurrir de dos maneras. El calentamiento es un efecto real, y un calentamiento suficiente puede desnaturalizar las proteínas. Esta es la razón por la que un escáner de resonancia magnética (con decenas de kW de potencia de transmisión de RF) calcula el SAR (relación de absorción específica) para asegurarse de que el paciente no se sobrecaliente (la temperatura corporal SÍ aumenta... pero no lo suficiente como para hacerle daño). Los límites se establecen en 2 W/kg ("modo normal"), pero pueden ser más altos para aplicaciones específicas y con suficiente cuidado y supervisión). La ionización generalmente requiere cuantos de energía más altos (aunque una llama se ioniza solo por la energía de la reacción endotérmica)
Tenga en cuenta también que "romper un enlace de hidrógeno" no es lo mismo que "ionizar". El enlace de hidrógeno está entre el átomo de hidrógeno de una molécula y el oxígeno (electrones) de la otra molécula; cuando el enlace se rompe, el hidrógeno “regresa” a su molécula madre, por lo general. Y de todos modos, las moléculas de agua siempre están ionizándose (OH-, H3O+) y recombinándose; su ionización no es lo que daña. Son moléculas complejas que cambian su configuración / crean nuevos productos de reacción, que son "dañados" por la radiación.
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