Após 200 anos, um mistério importante da físico-química pode ter sido resolvido: WebCuriosos
A questão de como precisamente os prótons se movem através da água em um campo elétrico fascina os cientistas há séculos. Agora, mais de 200 anos após a última grande descoberta sobre o fenómeno, os cientistas têm alguma clareza.
Em 1806, Theodor Grotthuss apresentou uma hipótese, que veio a ser conhecida como a Mecanismo Grotthuss para 'salto de prótons', sobre como uma carga pode fluir através de uma solução de água.
Embora a hipótese de Grotthuss fosse muito inovadora para a época – vindo antes prótonsou mesmo a estrutura real da água, eram conhecidos – os pesquisadores modernos sabem há muito tempo que ela não fornecia uma compreensão completa do que acontecia em nível molecular.
As últimas descobertas sobre o assunto podem ter resolvido o mistério ao resolver as estruturas eletrônicas dos prótons hidratados que por tanto tempo permaneceram indefinidas.
As descobertas sugerem que os prótons se movem através da água em “trens” de três moléculas de água, com “trilhos” construídos na frente do trem à medida que ele avança e puxados para cima quando ele passa.
Este loop pode continuar indefinidamente para transportar prótons através da água. Embora a ideia já tenha sido sugerida antes, o novo estudo atribui uma estrutura molecular diferente que se adapta melhor à solução proposta por Grotthuss, segundo os autores do estudo.
“Os debates sobre o mecanismo de Grotthuss e a natureza da solvatação de prótons na água têm se aquecido, pois este é um dos desafios mais básicos da química,” diz o químico Ehud Pines da Universidade Ben-Gurion do Negev, em Israel.
O novo estudo é atraente porque combina uma abordagem teórica com experimentação física possível graças aos recentes avanços tecnológicos. Os pesquisadores usaram um Espectroscopia de absorção de raios X (XAS) para monitorar como as cargas de prótons afetaram os elétrons nos átomos individuais de oxigênio da água.
Como previsto, o impacto foi maior em três moléculas de água, embora em graus diferentes em cada molécula individual. dentro do cluster trimérico. Os pesquisadores encontraram grupos de três moléculas formando cadeias com o próton.
Os pesquisadores também incorporaram simulações químicas e cálculos em nível quântico para determinar as interações entre prótons e moléculas de água vizinhas à medida que os prótons se movem através do líquido.
“Compreender este mecanismo é pura ciência, ultrapassando os limites do nosso conhecimento e mudando uma das nossas compreensões fundamentais de um dos mais importantes mecanismos de transporte de massa e carga da natureza”, diz Pinheiros.
A descoberta desempenha muitos outros processos químicosincluindo fotossíntese, respiração celular e transporte de energia em células a combustível de hidrogênio.
Não é apenas a solução que é notável, mas também a forma como os investigadores conseguiram chegar a ela – testando e validando previsões teóricas contra resultados experimentais, e vice-versa, num processo longo e sinuoso que levou quase duas décadas do início ao fim.
“Todo mundo pensou sobre esse problema por mais de 200 anos, então isso foi um desafio suficiente para eu decidir abordá-lo”, diz Pinheiros. “Dezessete anos depois, estou satisfeito por provavelmente ter encontrado e demonstrado a solução.”
A pesquisa foi publicada em Edição Internacional de Química Aplicada.
