Científico de GBU resuelve uno de los santos griales de la química física luego de 17 años de investigación.

¿Cómo se le puede llamar a un científico que pasó 17 años persiguiendo obstinadamente la solución a un problema de química de más de 200 años que sintió que nunca recibió una respuesta satisfactoria utilizando métodos que ningún otro científico pensó que podrían conducir a la verdad?

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El profesor Ehud Pines es un iconoclasta. ¿Cómo se le puede llamar a un científico que pasó 17 años persiguiendo obstinadamente la solución a un problema de química de más de 200 años que sintió que nunca recibió una respuesta satisfactoria utilizando métodos que ningún otro científico pensó que podrían conducir a la verdad? Ahora, está reivindicado cuando la prestigiosa revista 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 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 al darse cuenta de que, estrictamente hablando, Grotthuss era incorrecto, pero siguió siendo la respuesta estándar de los libros de texto. Hasta ahora.

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

El tren de protones «construye las vías» debajo de ellos para su movimiento y luego desmonta las vías y las reconstruye frente a ellos para seguir adelante. 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 trimétricos 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 de 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 de Pines para la solvatación de protones y movimiento en el agua. Entonces, 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, radiografiando el 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 de 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 del agua. Como predijo 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 tres 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. 17 años después, me complace haber encontrado y demostrado la solución», dice 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 a 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.

Imagen de portada: Ehud Pines. Foto: Creative Commons

FUENTE RESPONSABLE: Aurora. Israel. 1 de octubre 2022.

Sociedad y Cultura/Ciencia/Tecnología

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