Como el hierro que fluye por el torrente sanguíneo, los minerales de hierro atraviesan el suelo. Estos minerales se utilizan para fabricar acero y otras aleaciones metálicas que se utilizan en todo, desde componentes de teléfonos móviles y automóviles hasta edificios. equipo e infraestructura industrial.

Desafortunadamente, cuando se expone al oxígeno y la humedad, el hierro se oxida o se oxida. Y el óxido es implacable.

Saber más sobre las reacciones químicas que impulsan y mantienen la oxidación podría contener pistas para mejorar la ingeniería, materiales a base de hierro. También podría conducir a avances en fertilizantes o acondicionadores del suelo que aumentan la absorción de hierro para la nutrición de las plantas.

Científicos del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico del Departamento de Energía informan en la revista PNAS un gran avance en la visualización de la reactividad de los minerales de óxido cuando se les priva de oxígeno, como los que se encuentran debajo de la superficie del suelo. Utilizando isótopos de hierro y tomografía con sonda atómica, o APT, rastrearon estas reacciones de oxidación-reducción para crear los primeros "mapas atómicos" tridimensionales de la reordenación de diferentes átomos de hierro en un pequeño cristal de óxido de hierro.

Los mapas de APT revelaron un ciclo de hierro sorprendentemente dinámico, mostrando el movimiento continuo del hierro dentro y fuera de las superficies minerales.

"Vimos que los átomos de hierro en el agua buscaban específicamente y llenaban pequeños baches, o defectos, en las superficies de cristal, "dijo Sandra Taylor, un investigador asociado postdoctoral en el Grupo de Geoquímica de PNNL que realizó las mediciones. "Ver estas regiones recristalizadas a escala atómica nos mostró que la reacción puede 'curar' de manera efectiva las áreas dañadas en la superficie del cristal, y el crecimiento está impulsado por la perfección ".

Kevin Rosso, un miembro del laboratorio PNNL e investigador principal del estudio, dice que los resultados confirman que las reacciones con los minerales de óxido en los suelos y los productos de corrosión del acero son más dinámicas de lo que normalmente se pensaba. Ilustran cómo el óxido persiste en las tuberías de metal bajo condiciones químicas cambiantes, lo que le permite corroerse y deteriorarse continuamente con el tiempo.

El descubrimiento culminó un esfuerzo de años para capturar imágenes y mediciones de composición química a escala atómica en 3-D usando APT. Esta técnica sofisticada y desafiante requiere una gran habilidad para sondear con éxito las superficies de óxidos de hierro de nanopartículas. La sonda atómica se encuentra en el Laboratorio de Ciencias Moleculares Ambientales, una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE en PNNL.

"Este estudio sienta un nuevo precedente para caracterizar esta importante interfaz redox, "dijo Rosso, agregando que los resultados se pueden utilizar para comprender mejor una amplia gama de procesos. Estos incluyen comprender cómo crecen y se disuelven los cristales, y también las causas subyacentes de la corrosión y cómo crea óxido en las superficies, óxido que nunca duerme.