29.05.2020 - Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)

Observando los protones individuales que se mueven en las interfaces agua-sólido

Un importante avance experimental

El protón H+ consiste en un solo ión de hidrógeno, el más pequeño y ligero de todos los elementos químicos. Estos protones se producen de forma natural en el agua, donde una pequeña proporción de moléculas de H2O se separan espontáneamente. Su cantidad en un líquido determina si la solución es ácida o básica. Los protones también son extremadamente móviles, se mueven a través del agua saltando de una molécula de agua a otra.

El transporte de protones en las interfaces agua-sólido

La forma en que este proceso de transporte funciona en un cuerpo de agua se entiende relativamente bien. Pero la presencia de una superficie sólida puede afectar dramáticamente al comportamiento de los protones, y los científicos tienen actualmente muy pocas herramientas para medir estos movimientos en las interfaces agua-sólido. En este nuevo estudio, Jean Comtet, un investigador postdoctoral de la Escuela de Ingeniería de la EPFL, ha proporcionado el primer vistazo del comportamiento de los protones cuando el agua entra en contacto con una superficie sólida, bajando a la escala definitiva de un solo protón y una sola carga. Sus hallazgos, publicados en la revista Nature Nanotechnology, revelan que los protones tienden a moverse a lo largo de la interfaz entre estos dos medios. El estudio se benefició de la ayuda de investigadores del Departamento de Química de la École Normale Supérieure (ENS) de París que realizaron simulaciones.

Los 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. "Encontramos que estas imperfecciones actúan como marcadores, reemitiendo luz cuando un protón se une a ellos." Usando un microscopio de súper resolución, fue capaz de observar estas señales de fluorescencia y medir la posición de los defectos con una precisión de unos 10 nanómetros. Más interesante aún, el estudio reveló nuevos conocimientos sobre la forma en que se activan los defectos cristalinos. "Observamos que los defectos en la superficie del cristal se iluminan uno tras otro cuando entran en contacto con el agua", añade Comtet. "Nos dimos cuenta de que este patrón de iluminación se producía por un solo protón que saltaba de un defecto a otro, generando una vía identificable".

Un importante avance experimental

Una de las principales conclusiones 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, profesora del Laboratorio de Biología a Nanoescala de la EPFL (LBEN), añade: "Este es un gran avance experimental que aumenta nuestra comprensión de cómo las cargas en el agua interactúan con las superficies sólidas."

"Nuestras observaciones, en este contexto específico, pueden ser fácilmente extrapoladas a otros materiales y entornos", dice Comtet. "Estos descubrimientos podrían tener importantes implicaciones en muchos otros campos y disciplinas, desde la comprensión de los procesos biológicos en la interfaz célula-membrana hasta el diseño de filtros y baterías más eficientes.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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