Finalmente se resuelve un antiguo enigma de la química física
¿Cómo se mueve un protón en el agua? La teoría propuesta por el químico Theodor Grotthuss hace más de doscientos años puede haber satisfecho a otros científicos, pero no al catedrático Ehud Pines de la Universidad Ben-Gurión del Néguev (BGU) en Israel. Ahora, después de diecisiete años de investigación, ha encontrado la justificación a través de otro grupo de investigadores que, con el respaldo de los proyectos financiados con fondos europeos XRayProton y SMART-X, replicaron su experimento y revelaron la solución que él ha propuesto durante todo este tiempo. El estudio, del cual Pines es coautor, se publicó en la edición internacional de «Angewandte Chemie».
Construcción de vías para las moléculas de agua
Como se describe en una noticia publicada en el sitio web de la BGU, lo que Pines había sugerido anteriormente era que el protón se mueve en el agua en cadenas o «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 vías que desaparecen y reaparecen que no tiene fin». Aunque diferentes científicos habían propuesto teorías similares en el pasado, en la noticia se informa de que las moléculas de agua «no se asignaron a la estructura molecular correcta del protón hidratado que, por sus propiedades estructurales triméricas particulares, conduce a promover el mecanismo de Grotthuss». Pinos explica: «Los debates sobre el mecanismo de Grotthuss y la naturaleza de la solvatación de protones en el agua se han acalorado, ya que este es uno de los retos más básicos de la química. Comprender este mecanismo es ciencia pura, amplía los límites de nuestro conocimiento y cambia una de nuestras interpretaciones fundamentales de uno de los mecanismos de transporte de carga y masa más importantes de la naturaleza». Para abordar la reticencia de la comunidad científica mundial a aceptar la solución de un protón hidratado acomodado por una cadena de tres moléculas de agua, Pines aunó fuerzas con un equipo de investigadores de Alemania y Suecia. Dirigido por el autor principal del estudio, el doctor Erik Nibbering, del Instituto Max Born de Óptica No Lineal y Espectroscopía de Pulso Corto (Alemania), el equipo replicó el experimento. Hicieron una radiografía del sistema químico con un equipo especialmente diseñado que fue financiado por el Consejo Europeo de Investigación, por la que se confirman los hallazgos de Pines: la presencia del protón tiene mayor efecto en tres moléculas de agua, afecta a cada una en diferente medida y, junto con el protón, estas moléculas forman trenes de tres moléculas de agua protonadas. «Todos pensaron en este problema durante más de doscientos años, por lo que fue un reto suficiente para mí como para decidir abordarlo. Diecisiete años después, me complace haber encontrado y demostrado la solución», afirma Pines en la noticia. El estudio respaldado en parte por XRayProton (Ultrafast Structural Dynamics of Elementary Water-Mediated Proton Transport Processes) y SMART-X (Study of carrier transport in MAterials by time-Resolved specTroscopy with ultrashort soft X-ray light) demuestra un nuevo enfoque que se centra en una transición gradual de fuertes interacciones orbitales del protón hidratado con las moléculas de agua más cercanas a cambios de energía orbital inducidos en moléculas de agua más distantes. Como se informó en el estudio, estos hallazgos «serán de gran utilidad en las investigaciones del estado estacionario de los protones hidratados y los estudios de resolución temporal de los mecanismos subyacentes del transporte acuoso de protones». Para más información, consulte: Sitio web del proyecto SMART-X Proyecto XRayProton
Palabras clave
XRayProton, SMART-X, protón, protón hidratado, molécula de agua, Grotthuss
