Científico resuelve uno de los santos griales de la química física tras 17 años de investigación

Científico resuelve uno de los santos griales de la química física tras 17 años de investigación
Científico resuelve uno de los santos griales de la química física tras 17 años de investigación

Secciones transversales absolutas escaladas por átomo de oxígeno. Secciones transversales absolutas por átomo de oxígeno para un rango de frecuencias mayor derivado de las mediciones XAS en complejos de protones hidratados y en agua en acetonitrilo. Crédito: Edición internacional de Angewandte Chemie (2022). DOI: 10.1002/anie.202211066

El profesor Ehud Pines es un iconoclasta. ¿Cómo se le puede llamar a un científico que pasó 17 años persiguiendo tenazmente la solución a un problema de química de más de 200 años que nunca recibió una respuesta satisfactoria utilizando métodos que ningún otro científico pensó que podrían conducir a la verdad? Ahora, él es reivindicado como Angewandte Chemie publicó un artículo de portada que detalla cómo su experimento fue replicado por otro grupo de investigación mientras se sometía a rayos X para revelar la solución que el Prof. Pines ha defendido todo el tiempo.

La pregunta en cuestión es: ¿Cómo se mueve un protón a través del agua? En 1806, Theodor Grotthuss propuso su teoría, que se conoció como el Mecanismo de Grotthuss. A lo largo de los años, muchos otros intentaron una solución actualizada y se dieron cuenta de que, estrictamente hablando, Grotthuss era incorrecto, pero siguió siendo la respuesta estándar de los libros de texto. Hasta ahora.

El Prof. Ehud Pines sugirió, basado en sus estudios experimentales en la Universidad Ben-Gurion del Negev, junto con su Ph.D. la estudiante Eve Kozari, y los estudios teóricos del Prof. Benjamin Fingerhut sobre la estructura de los grupos de agua protonada del Prof. Pines, que el protón se mueve a través del agua en trenes de tres moléculas de agua.

Los trenes de protones “construyen las vías” debajo de ellos para su movimiento y luego desmontan las vías y las reconstruyen frente a ellos para continuar. Es un bucle de pistas que desaparecen y reaparecen que continúa sin cesar. Varios científicos propusieron ideas similares en el pasado, sin embargo, según el profesor Pines, no se asignaron a la estructura molecular correcta del protón hidratado que, por sus propiedades estructurales triméricas únicas, conduce a promover el mecanismo de Grotthuss.

“Los debates sobre el mecanismo de Grotthuss y la naturaleza de la solvatación de protones en el agua se han acalorado”, dice el profesor Pines, “ya que este es uno de los desafíos más básicos en química. Comprender este mecanismo es ciencia pura, empujando los límites de nuestro conocimiento y cambiando una de nuestras comprensiones fundamentales de uno de los mecanismos de transporte de carga y masa más importantes de la naturaleza”.

Si bien en los últimos años estudios teóricos adicionales confirmaron los hallazgos del Prof. Pines del protón hidratado acomodado por una cadena de tres moléculas de agua, la mayoría de la comunidad científica mundial que trabaja en el campo se mostró reacia a aceptar el modelo emergente del Prof. Pines para la solvatación de protones y movimiento en el agua. Entonces, el Prof. Pines contactó a colaboradores de mucho tiempo en el Instituto Max Born en Alemania.

Formaron un equipo de investigación internacional organizado por el Dr. Erik Nibbering y replicaron el experimento, esta vez tomando una radiografía del sistema químico. El experimento de rayos X, que requirió un equipo especialmente diseñado que costó millones de dólares y fue financiado por el Consejo Europeo de Investigación, confirmó los hallazgos del Prof. Pines.

El experimento de absorción de rayos X (XAS) midió el efecto de la carga de protones en la estructura de los electrones internos de los átomos de oxígeno individuales de las aguas. Como predijo el Prof. Pines, se encontró que tres moléculas de agua son las más afectadas por la presencia del protón, cada una en un grado diferente y, junto con el protón, forman cadenas o “trenes” de moléculas de agua protonadas.

“Todos pensaron en este problema durante más de 200 años, por lo que fue un desafío suficiente para que decidiera abordarlo. Diecisiete años después, me complace haber encontrado y demostrado la solución”, dice el profesor Pines.

La próxima edición de los libros universitarios de química puede reemplazar la descripción del Mecanismo de Grotthuss con el “Mecanismo de Pines”, una idea que le hace cosquillas al Prof. Pines, pero es simplemente una curiosidad en comparación con la revelación de comprender este mecanismo básico de uno de los mecanismos más comunes. y procesos fundamentales en la naturaleza.


Físicos extraen radio de masa de protones a partir de datos experimentales


Más información:
Maria Ekimova et al, Del enlace covalente local a las interacciones extendidas del campo eléctrico en la hidratación de protones, Edición internacional de Angewandte Chemie (2022). DOI: 10.1002/anie.202211066

Proporcionado por la Universidad Ben-Gurion del Negev

Citación: Un científico resuelve uno de los santos griales de la química física después de 17 años de investigación (29 de septiembre de 2022) recuperado el 29 de septiembre de 2022 de https://phys.org/news/2022-09-scientist-holy-grails-physical-chemistry .html

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