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¿Cómo se mueven los protones en el agua?: científicos resuelven un misterio químico de más de 200 años
Estos hallazgos podrían ayudar a comprender mejor procesos químicos de vital importancia, como la fotosíntesis o la respiración celular.
La forma en la que los protones se mueven a través del agua era un fenómeno que no había logrado ser explicado de forma satisfactoria durante 200 años, desde que Theodor Grotthuss propuso una teoría al respecto. Sin embargo, los resultados de una reciente investigación conducida por un equipo internacional de académicos ha conseguido demostrar una teoría que da respuesta a esa incógnita, informa la Universidad Ben-Gurion (Israel).
A pesar de que la teoría propuesta por dicho científico en 1806, conocida como Mecanismo de Grotthuss y que brinda una explicación sobre cómo los protones fluyen las cargas en una solución, esta no explica completamente el fenómeno, ya que no da cuenta del movimiento de los protones a nivel molecular. No obstante, este antiguo modelo sigue siendo ampliamente aceptado, aún con sus limitaciones.
En este contexto, los científicos realizaron un experimento de absorción de rayos X para medir el efecto de la carga de protones en la estructura de los electrones internos de los átomos de oxígeno del agua, confirmando que los protones se mueven a través del agua en "trenes de tres moléculas" de H2O, tal y como había sido propuesto por el profesor Ehud Pines.
¿Cómo se desplazan los protones?
Según detallan los científicos en su más reciente investigación, publicada en la revista Angewandte Chemie, los resultados obtenidos demuestran que la presencia de un protón perturba tres moléculas de agua, formando "cadenas o trenes" de moléculas de agua 'protonadas'.
"El tren de moléculas construye las vías debajo de estas para su movimiento, y luego desmonta las vías y las reconstruye delante de ellas para seguir avanzando. Es un bucle de vías que desaparecen y reaparecen y que continúa sin fin", explican los autores.
"Los debates sobre el mecanismo de Grotthuss y la naturaleza de la solvatación de protones en el agua se han acalorado. Comprender este mecanismo es ciencia pura que amplía los límites de nuestro conocimiento y cambia una de nuestras comprensiones fundamentales de uno de los mecanismos de transporte de masa y carga más importantes de la naturaleza", señaló Pines, quien participó en la comprobación de su propio postulado.
"Todo el mundo pensó en este problema durante más de 200 años, así que para mí fue un reto suficientemente importante para decidirme a abordarlo. Diecisiete años después, me complace haber encontrado y demostrado la solución", comentó el autor sobre sus hallazgos, que podrían arrojar nueva luz sobre otros procesos químicos, como la fotosíntesis, la respiración celular o el transporte de energía en las pilas de combustible de hidrógeno.
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