Un investigador de la Universidad Ben-Gurion del Negev, el profesor Ehud Pines, considerado un iconoclasta en su terreno, pasó diecisiete años buscando la solución de un problema químico de más de dos siglos
Ahora, este científico de Israel puede decir que, finalmente, logró resolver un «santo grial» de la química física: ¿cómo se mueve un protón a través del agua?
Para responder a esa pregunta, en 1806 el científico Theodor Grotthuss propuso una teoría, que se conoció como el Mecanismo Grotthuss, según el cual los protones se mueven a los «saltos» a través de una red de puentes de hidrógeno, de molécula a molécula.
A través de los años, otros intentaron una solución actualizada, dándose cuenta de que estrictamente hablando, Grotthuss no estaba en lo cierto pero que su mecanismo quedó como la respuesta estándar de los libros de texto.
Pines sugirió -en un estudio cuyos resultados se publicaron en la revista especializada Angewandte Chemie- que el protón se mueve a través del agua en «trenes» de tres moléculas de agua.
Demostrar la teoría requirió un equipo especialmente diseñado y que costó millones de dólares
En base a los experimentos que desarrolló junto a la estudiante de doctorado Eve Kozari, y a las teorías del profesor Benjamin Fingerehut sobre los trabajos sobre la estructura de los grupos de agua protonada del propio Pines, el científico dijo que el «tren» de protones «construye las vías» para su movimiento y luego las «desmonta».
Se trata, afirmó, de un proceso que se repite sin cesar, ya que después de desmontar las «vías», las reconstruye adelante para seguir avanzando: es un bucle de «vías» que desaparecen y reaparecen y que continúan sin fin.
Varios investigadores propusieron ideas similares en el pasado. Sin embargo, según el profesor de la universidad israelí, no se les asignó la estructura molecular correcta del protón hidratado que, por sus propiedades estructurales triméricas únicas, promueve el mecanismo de Grotthuss.
«Los debates sobre el mecanismo de Grotthuss y la naturaleza de la solvatación de protones en el agua se acaloraron» a lo largo del tiempo, reconoció el profesor, ya que es «uno de los desafíos más básicos de la química».
«Comprender este mecanismo es ciencia pura, ya que empuja los límites de nuestro conocimiento y cambia uno de nuestros supuestos fundamentales de uno de los mecanismos de transporte de carga y masa más importantes de la naturaleza», añadió.
Durante décadas, este asunto generó un debate «acalorado» en el mundo científico, dijo Pines
Aunque en los últimos años otros estudios teóricos confirmaron los hallazgos del científico israelí sobre el protón hidratado acomodado por una cadena de tres moléculas de agua, la mayor parte de la comunidad científica mundial en este terreno seguía siendo reacia a aceptar el modelo de Pines.
Scientist resolves one of the holy grails of physical chemistry after 17 years of research https://t.co/m8SYoesBCX
— chemeurope.com (@chemeurope_com) October 4, 2022
Prof. Ehud Pines is an iconoclast. What else can you call a scientist who spent 17 years doggedly pursuing the solution to an over 200-year-old chemistry problem … pic.twitter.com/jiXKemjK80
Para despejar las dudas, se contactó con sus antiguos colaboradores del Instituto Max Born de Alemania, quienes convocaron un equipo de investigación internacional, organizado por el doctor Erik Nibbering, y reprodujeron el experimento, radiografiando el sistema químico.
El experimento con Rayos-X, que requirió un equipo especialmente diseñado que costó millones de dólares financiados por el Consejo Europeo de Investigación, confirmó los hallazgos del profesor Pines.
La absorción de Rayos-X midió el efecto de la carga de protones en la estructura de los electrones internos de los átomos del oxígeno del agua.
Tal y como lo anticipara Pines, se descubrió que tres moléculas de agua son las más afectadas por la presencia del protón, cada una en diferente medida, y junto con el protón forman cadenas o «trenes» de moléculas de agua protonada.
«Todo el mundo pensó en este problema por más de 200 años, de modo que era un desafío suficiente para mi decidir abordarlo», comentó Pines desde Israel respecto de este «santo grial».
«Diecisiete años después -concluyó-, me complace haber encontrado y demostrado la solución».
