Albert Einstein dijo una vez:"Veo mi vida en términos de música". Quizás inspirado por sus palabras, científicos del Centro de Autoensamblaje y Complejidad (CSC), dentro del Instituto de Ciencias Básicas (IBS, Corea del Sur) ahora ven reacciones químicas en presencia de música. El equipo de investigación del IBS ha informado que el sonido audible puede controlar las reacciones químicas en solución al suministrar continuamente fuentes de energía a la interfaz entre el aire y la solución. Las interacciones químicas aire-líquido controladas por sonido "pintaron" patrones intrigantes y estéticos en la superficie y la mayor parte de la solución.

"El flautista de Hamelín cuenta la historia mitológica de un flautista que atrajo a las ratas lejos de la ciudad de Hamelín al encantarlas con la música de su pipa mágica. Con la música funcionando como combustible para tal control artístico en la química, Nuestro estudio ha demostrado que incluso las moléculas sintéticas pueden exhibir un comportamiento similar al de la vida:escuchar y seguir una pista musical, "dice el Dr. Rahul Dev Mukhopadhyay, el co-primer autor y el autor correspondiente del estudio.

Música (o sonido audible con un rango de frecuencia de 20 a 20, 000 Hz) de hecho encuentra aplicaciones útiles en varios campos, como potenciar el cultivo de plantas o la cría de ganado e incluso con fines terapéuticos. Ultrasonido (mayor de 20, 000 Hz) se ha utilizado durante mucho tiempo como una herramienta esencial en el diagnóstico médico. Sin embargo, El sonido audible rara vez se ha asociado con reacciones químicas debido a su baja energía. Los estudios anteriores generalmente se han centrado solo en su efecto sobre el movimiento de la superficie del agua.

En este estudio, el equipo de investigación del IBS ha ido más lejos que eso. Plantearon la hipótesis de que las ondas de agua generadas por el sonido pueden alimentar reacciones químicas entre el aire y el líquido. "De hecho, Un aspecto de un estudio sobre el cambio climático trata sobre cómo el CO ₂ la concentración en el océano cambia según el movimiento de las olas del océano. En retrospectiva, Tiene sentido que un océano ondulado sea una condición más adecuada para el CO ₂ ser absorbido por el océano que un océano en calma. Nuestro estudio ha revelado la función del sonido audible como fuente para controlar reacciones químicas, que ocurre a nuestro alrededor, pero no se ha notado hasta ahora, "explica el Dr. Hwang Ilha, el co-primer autor y el autor correspondiente del estudio.

En su configuración experimental, el agua se colocó en una placa de Petri y se colocó encima de un altavoz. Cuando se reprodujo sonido a través del altavoz, Se generaron diferentes patrones de ondas superficiales, dependiendo de la frecuencia y la amplitud de la fuente de sonido audible y la geometría de la embarcación. Para ver cómo esta interfase vibrante aire-agua controla la disolución de gases atmosféricos como oxígeno o dióxido de carbono en agua, los investigadores utilizaron O ₂ -metil viológeno sensible (MV ₂ ⁺ / MV ⁺ ) par redox y CO ₂ -Indicador de pH sensible al azul de bromotimol (BTB).

La molécula orgánica metil viológeno es normalmente incolora o blanca, pero se vuelve azul profundo con la reducción química. Cuando una solución de color azul de metil viológeno reducido en una placa de Petri se expuso al aire con reproducción de sonido, algunas regiones de la solución se volvieron lentamente incoloras. Las ondas sonoras generan la oscilación del fluido, provocando un efecto de transmisión, y la solución experimentó un cambio de color claramente observable debido a la disolución gradual del oxígeno atmosférico. Los que no se vieron afectados por la transmisión conservaron su color azul. En ausencia de sonido, la disolución incontrolada de oxígeno y las corrientes de convección natural de los productos químicos en solución dieron como resultado un patrón aleatorio, que fue diferente cada vez durante la repetición del mismo experimento. Sin embargo, cuando la misma solución se expuso a sonidos de baja frecuencia por debajo de 90 Hz, Se generaron patrones muy interesantes y estéticos. Más específicamente, dos vórtices contrarrotantes emergieron en contraste azul y blanco en presencia de sonido de 40 Hz. El mismo patrón se repite en la misma condición durante los ciclos posteriores.

El experimento indica la reacción con oxígeno, que se determina si la solución es incolora o azul. En otras palabras, aplicando sonido a una solución, los investigadores pudieron controlar las concentraciones moleculares locales de oxígeno en diferentes regiones que componen la misma solución. Al igual que las ondas superficiales, los patrones varían según la frecuencia del sonido aplicado, así como la forma del plato. Los patrones también exhibieron un comportamiento de autocuración, es decir., recuperan su estructura de patrón original después de haber sido alterados manualmente.

Este concepto se amplió aún más a la disolución de gas dióxido de carbono utilizando un indicador de pH (azul de bromotimol, BTB). BTB tiene un color azul en condiciones básicas (pH superior a 7,6), color verde en condiciones neutras (pH 6,0 a 7,6), y un color amarillo en condiciones ácidas (pH por debajo de 6,0). La disolución asistida por sonido del dióxido de carbono en agua lo vuelve ácido debido a la formación de ácido carbónico. Por lo tanto, cuando una solución básica de BTB de color azul se expone al dióxido de carbono, la solución gradualmente se vuelve verde y eventualmente cambia a amarillo. Durante este proceso, si la solución está expuesta a un sonido audible, Se generó un patrón de tres colores con dos vórtices. Curiosamente, el patrón representa la coexistencia de ácidos, neutral, y dominios básicos en una solución. "Nuestro estudio visualizó un entorno químico que se divide en diferentes entornos moleculares sin ninguna barrera física, asemejándose a microambientes celulares. Este es un descubrimiento novedoso que puede reemplazar la creencia de sentido común de que el pH de una solución es uniforme en todo el recipiente. "señala el Dr. Hwang.

Extendiendo el concepto más allá de moléculas simples, los investigadores utilizaron su estrategia para programar la organización de moléculas orgánicas dentro de la solución. En todos los casos, los patrones de agregados orgánicos generados por el sonido se obtuvieron transitoriamente y se mantuvieron solo en presencia de un suministro constante de combustible químico, que puede ser un agente reductor o una base. Este tipo de comportamiento se manifiesta generalmente por procesos bioquímicos intracelulares que se mantienen con un suministro constante de combustibles o divisas energéticas. tales como adenosina-5'-trifosfato (ATP) o guanosina-5'-trifosfato (GTP).

Prof. Kimoon Kim, Director del Centro IBS para el Autoensamblaje y la Complejidad, quién supervisó la investigación general, adicional, "Este es el primer estudio que demuestra que es posible controlar y visualizar reacciones químicas utilizando sonido audible. En un futuro cercano, podemos ampliar aún más el alcance del uso del sonido audible de la química a otros campos, como la física, mecánica de fluidos, ingeniería química y biología ".