Es una tradición popular arrojar monedas a las fuentes con la esperanza de que se cumplan los deseos. Pero, ¿qué pasaría si pudieras "arrojar" electrones al agua? Es decir, ¿Qué sucede poco después de que se inyecta un electrón en el agua?

Esta pregunta de hace décadas ahora tiene una respuesta, gracias a un artículo publicado en Comunicaciones de la naturaleza el 16 de enero. El estudio es el resultado de la colaboración entre investigadores de la Universidad de Chicago, los Laboratorios Nacionales Argonne y Lawrence Livermore del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE), y la Universidad de California — San Diego.

Hasta ahora, Los científicos enfrentaron desafíos técnicos cuando querían medir experimentalmente la afinidad electrónica del agua, dijo la profesora Giulia Galli, Profesor de la familia Liew en el Instituto de Ingeniería Molecular de la Universidad de Chicago y científico senior en Argonne.

"La mayoría de los resultados citados en la literatura como números experimentales son en realidad valores obtenidos al combinar algunas cantidades medidas con estimaciones teóricas crudas, " ella dijo.

Medidas teóricas precisas, por otra parte, han estado fuera de su alcance durante algún tiempo debido a la dificultad y el alto costo computacional de simular las interacciones directamente, dijo el profesor de la Universidad de California-San Diego, Francesco Paesani, un coautor del estudio que ha pasado años desarrollando un potencial preciso para el modelado de agua líquida.

El potencial de interacción entre las moléculas de agua desarrollado por Paesani se utilizó para modelar la estructura tanto del agua líquida como de la superficie del agua. Una vez obtenida la estructura, métodos teóricos y software de alta precisión para estudiar estados excitados de la materia, desarrollado por el equipo de Galli, se utilizaron para comprender qué sucede cuando se inyecta un electrón en el agua.

Fundamentalmente, los investigadores buscaron comprender si el electrón reside en el líquido y eventualmente participa en reacciones químicas. La pregunta central era, "¿El líquido se une al electrón de inmediato?"

Los investigadores encontraron que el electrón se une al agua; sin embargo, su energía de enlace es mucho menor de lo que se pensaba anteriormente. Esto llevó a los investigadores a revisar una serie de datos y modelos bien aceptados para la afinidad electrónica del agua.

Galli y sus colaboradores desarrollaron los métodos para estados excitados usados ​​en este estudio a lo largo de los años, en colaboraciones con T. A. Pham, de Lawrence Livermore, y Marco Govoni, de Argonne, ambos son coautores de este estudio.

"Utilizando el software desarrollado para estudiar los fenómenos de estados excitados en sistemas realistas (llamados Sin estados vacíos, o WEST) y Argonne Leadership Computing Facility (ALCF), finalmente pudimos generar datos para muestras lo suficientemente grandes y en escalas de tiempo suficientemente largas para estudiar la afinidad electrónica del agua líquida, "Dijo Govoni.

"Encontramos grandes diferencias entre la afinidad en la superficie y en el líquido a granel. También encontramos valores diferentes a los aceptados en la literatura, lo que nos llevó a revisar el diagrama de energía completo de un electrón en el agua, "Añadió Pham.

Este hallazgo tiene importantes consecuencias, tanto para científicos que buscan comprender fundamentalmente las propiedades del agua como para aquellos que quieren describir reacciones de reducción / oxidación en soluciones acuosas, que están muy extendidos en química y biología.

En particular, Los científicos a menudo utilizan información sobre los niveles de energía del agua cuando examinan materiales en busca de células fotoelectroquímicas. Una estimación confiable de la afinidad electrónica del agua (que los investigadores del estudio proporcionaron tanto para el agua a granel como para su superficie) ayudará a los científicos a establecer protocolos computacionales más robustos y confiables. y mejorar el cribado computacional de materiales.