Crédito: Nanotecnología de la naturaleza 2020.
El h + el protón consta de un solo ion de hidrógeno, el más pequeño y ligero de todos los elementos químicos. Estos protones se encuentran naturalmente en el agua donde una pequeña proporción de H 2 Las moléculas de O se separan espontáneamente. Su cantidad en un líquido determina si la solución es ácida o básica. Los protones también son extremadamente móviles, moviéndose a través del agua saltando de una molécula de agua a otra.
Transporte de protones en interfaces sólidas de agua
La forma en que funciona este proceso de transporte en una masa de agua se conoce relativamente bien. Pero la presencia de una superficie sólida puede afectar drásticamente el comportamiento de los protones, y los científicos actualmente tienen muy pocas herramientas para medir estos movimientos en las interfaces agua-sólido. En este nuevo estudio, Jean Comtet, investigador postdoctoral en la Escuela de Ingeniería de EPFL (STI), ha proporcionado el primer vistazo del comportamiento de los protones cuando el agua entra en contacto con una superficie sólida, bajando a la última escala de protón único y carga única. Sus hallazgos, publicado en la revista Nanotecnología de la naturaleza , revelan que los protones tienden a moverse a lo largo de la interfaz entre estos dos medios. El estudio contó con la ayuda de investigadores del Departamento de Química de la École Normale Supérieure (ENS) de París que llevaron a cabo simulaciones.
Defectos cristalinos
Comtet estudió la interfaz entre el agua y un cristal de nitruro de boro, un material extremadamente liso. "La superficie del cristal puede contener defectos, ", dice Comtet." Descubrimos que estas imperfecciones actúan como marcadores, reemitiendo luz cuando un protón se une a ellos ". Usando un microscopio de superresolución, pudo observar estas señales de fluorescencia y medir la posición de los defectos dentro de unos 10 nanómetros, un grado de precisión increíblemente alto. Más interesante aún, el estudio reveló nuevos conocimientos sobre la forma en que se activan los defectos cristalinos. "Observamos defectos en la superficie del cristal que se iluminaban uno tras otro cuando entraban en contacto con el agua, ", añade Comtet." Nos dimos cuenta de que este patrón de iluminación era producido por un solo protón que saltaba de un defecto a otro, generando una vía identificable ".
Un gran avance experimental
Uno de los hallazgos clave del estudio es que los protones tienden a moverse a lo largo de la interfaz agua-sólido. "Los protones siguen moviéndose, pero abrazando la superficie del sólido, "explica Comtet." Por eso vemos este tipo de patrones ". Aleksandra Radenovic, profesor del Laboratorio de Biología a Nanoescala de la EPFL (LBEN), agrega:"Este es un gran avance experimental que profundiza nuestra comprensión de cómo las cargas en el agua interactúan con las superficies sólidas".
"Nuestras observaciones, en este contexto específico, se puede extrapolar fácilmente a otros materiales y entornos, ", dice Comtet." Estos descubrimientos podrían tener importantes implicaciones en muchos otros campos y disciplinas, desde comprender los procesos biológicos en la interfaz célula-membrana hasta diseñar filtros y baterías más eficientes.
