Comprender cómo se dividen las moléculas de agua

combustible de hidrógeno . El combustible de hidrógeno es un combustible alternativo limpio y ecológico. Ahora los investigadores están observando átomos de oxígeno individuales saltando en una losa de óxido de metal, brillando más brillante aquí y más tenue allá. Este mismo proceso está ayudando a los químicos a entender cómo el agua se divide en oxígeno e hidrógeno de una mejor manera. Este proceso está aumentando la comprensión de la reacción química de la que antes sólo se hablaba. Esta reacción nos ayudará en el futuro a generar combustible de hidrógeno a partir del agua o a limpiar el agua contaminada.

>El físico Igor Lyubinetsky, que trabaja en el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico del Departamento de Energía Pacific Northwest National Laboratory , dice: «El oxígeno y el agua intervienen en muchas, muchas reacciones, esta movilidad podría interferir con algunas reacciones y ayudar a otras».

Los científicos están haciendo un esfuerzo para determinar los fundamentos de cómo el dióxido de titanio divide el agua. Esta descomposición de las moléculas de agua es un misterio crucial que los científicos tienen que desentrañar. Tenemos que estar familiarizados con el conocimiento de la división del agua para muchas actividades específicas, como la producción de hidrógeno, la descomposición de contaminantes y la energía solar.

Puntos brillantes bulliciosos

Los investigadores están utilizando una técnica llamada microscopía de barrido de túneles para observar la división del agua en hidrógeno y oxígeno con la ayuda del dióxido de titanio. Esta técnica de microscopía de barrido de túneles ayudará a los científicos a observar la reacción química. Están trazando un paralelo desde los campos de maíz. Los investigadores están imaginando la superficie de una losa de dióxido de titanio como un campo de maíz del que salen filas de átomos de oxígeno de un parche de átomos de titanio. Las filas alternas de oxígeno y titanio parecen rayas.

Los científicos pueden detectar algunos átomos y moléculas que descansan en la superficie como puntos brillantes. El átomo de oxígeno visible que se asienta sobre un átomo de titanio se conoce como «adatom». Los científicos sólo pueden observar moléculas de agua con una condición, si bajan la temperatura drásticamente. A temperatura ambiente, el agua se mueve demasiado rápido para que el método la recoja.

Los científicos comenzaron a observar las reacciones del agua con el dióxido de titanio a temperatura ambiente. Han tomado una superficie recubierta de algunos adatones de oxígeno, han añadido agua y los adatones han empezado a bailar. Lyubinetsky observa: «De repente, casi todos los adatones empezaron a moverse de un lado a otro a lo largo de la fila de titanio. De la teoría y de trabajos anteriores, esperábamos ver esto a lo largo de la fila.» Pero algo diferente sucedió. Los adatones no sólo se deslizaban arriba y abajo de las rayas. También rebotaron en ellos y aterrizaron en otros. «Vimos cosas bastante inesperadas. Pensamos que era muy extraño – vimos adatones saltar sobre las filas», dijo Lyubinetsky. «No podíamos explicarlo.»

¿Cómo explicar este fenómeno? Los científicos desarrollaron una explicación. Ellos son de la opinión de que los adatómos no pueden moverse por sí mismos o saltar sobre una fila de oxígeno. Son ayudados por moléculas de agua invisibles, algunas de las cuales no se ven. Pero los científicos no asumen cosas. Así que el equipo calculó cuánta energía se necesitaría para mover los átomos con la ayuda de las moléculas de agua. Si una molécula de agua se asienta junto a un adatom, uno de los átomos de hidrógeno del agua puede saltar al adatom, completando así dos pares de oxígeno e hidrógeno. Llamaron a este par hidróxilos. Actúan como ladrones, roban átomos de otras moléculas y no se ahorran el uno al otro! Si un hidroxilo roba el átomo de hidrógeno de otro, se convertirá en una molécula de agua. La molécula de agua flota, dejando un adatom. La mitad de las veces, ese adatom es un punto por encima – lo que hace que el original parezca haberse movido. La energía calculada necesaria para estos diferentes procesos encaja bien con los datos experimentales del equipo.

El gran avance, según Lyubinetsky, es que el agua misma puede funcionar como catalizador. Estamos familiarizados con el hecho de que un catalizador es una molécula que afecta la velocidad de una reacción química y que permanece inalterada en el procedimiento. Él observó: «Se requiere agua para mover los adatones, pero como un catalizador no se consume en la reacción. Empiezas con agua y terminas con agua».

El desbloqueo de este proceso de separación de agua fomentará el uso de energía limpia y verde para las generaciones venideras.

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