Observe cómo los átomos se fusionan en la "burbuja de agua más pequeña" del mundo en un vídeo de "nanoescala" único en su tipo
Un nuevo estudio capturó imágenes nunca antes vistas de átomos de hidrógeno y oxígeno combinándose para formar una gota de agua en miniatura a partir del "aire". La reacción recientemente mejorada podría algún día ayudar a los astronautas a producir agua en el espacio.
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Por primera vez, los investigadores han capturado imágenes de vídeo a nanoescala de átomos de hidrógeno y oxígeno combinándose en agua a partir de "la nada", gracias a un catalizador de metal raro. La reacción súper eficiente, que algún día podría ayudar a los astronautas a producir agua en el espacio, también produjo la burbuja de agua más pequeña jamás vista, dicen los investigadores.
El vídeo fue parte de un nuevo estudio, publicado el 27 de septiembre en la revista PNAS, en el que los investigadores probaron cómo el paladio cataliza una reacción entre los gases de hidrógeno y oxígeno para crear agua en condiciones estándar de laboratorio. El equipo estudió esta reacción con un nuevo tipo de aparato de seguimiento que capturó el proceso con extraordinario detalle.
"Creemos que podría ser la burbuja más pequeña jamás formada que se haya visto directamente", dijo en un declaraciónYukun Liu, científico de materiales de la Universidad Northwestern en Illinois. >. "Afortunadamente, lo estábamos grabando para poder demostrarle a otras personas que no estábamos locos".
El equipo indujo la reacción utilizando una membrana vítrea ultrafina especial que contiene moléculas de gas dentro de cámaras de "nanoreactor" en forma de panal. Esto significa que las pruebas se pueden ver en tiempo real mediante microscopios electrónicos, lo que permite a los investigadores aprender más sobre cómo funciona la reacción.
Investigadores del Centro Experimental de Caracterización Atómica y a Nanoescala de la Universidad Northwestern (NUANCE) fueron pioneros en esta novedosa técnica en un estudio publicado en enero.
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Los investigadores saben desde el siglo XX que el paladio, un metal raro de color blanco plateado similar en apariencia al platino, puede catalizar una reacción seca entre hidrógeno y oxígeno, escribieron los investigadores. Sin embargo, hasta ahora no estaba claro exactamente cómo funcionó la reacción.
El nuevo estudio reveló que los átomos gaseosos primero se comprimen entre los átomos de paladio, que están dispuestos en una red cuadrada. Esto expande la red y permite que se formen gotas de agua en la superficie del catalizador. El equipo también descubrió que el proceso se puede acelerar añadiendo primero átomos de hidrógeno al paladio, porque son más pequeños que los átomos de oxígeno. Esto permite que la red de paladio se expanda antes de que se agregue oxígeno, creando espacios más grandes para que los átomos más grandes encajen más fácilmente en su interior.
El equipo cree que una versión ampliada de la reacción podría usarse para crear agua para los astronautas en el espacio o en colonias en otros planetas. Los investigadores lo compararon con una escena de la película de ciencia ficción "The Martian", protagonizada por Matt Damon, en la que un astronauta varado produce agua en Marte quemando combustible para cohetes y combinándolo con el oxígeno de su traje.
"Nuestro proceso es análogo, excepto que evitamos la necesidad de incendios y otras condiciones extremas", dijo en el comunicado el coautor del estudio Vinayak Dravid, director del Centro NUANCE. "Simplemente mezclamos paladio y gases".
El paladio es un material caro y raro, que cuesta más de 1.000 dólares la onza. Esto se debe en gran medida a que puede catalizar muchas otras reacciones químicas y se utiliza en una amplia gama de tecnologías. Como resultado, crear un dispositivo generador de agua para los astronautas podría resultar extremadamente costoso.
Sin embargo, los investigadores argumentaron que valdría la pena el gasto a largo plazo.
"El paladio puede parecer caro, pero es reciclable", afirmó Liu. "Nuestro proceso no lo consume. Lo único que se consume es gas, y el hidrógeno es el gas más abundante del universo".