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 video fue parte de un nuevo estudio, publicado el 27 de septiembre en la revista PNASen el que los investigadores probaron cómo el paladio cataliza una reacción entre los gases de hidrógeno y oxígeno para crear agua en condiciones de laboratorio estándar. 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 el autor principal del estudio. Yukun Liudijo un científico de materiales de la Universidad Northwestern en Illinois, en un declaración. «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 utilizando 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 el gas átomos Primero aprieta 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 se podría utilizar una versión ampliada de la reacción para crear agua para los astronautas en el espacio o en colonias en otros lugares. 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 fuego y otras condiciones extremas», coautor del estudio. Vinayak Draviddijo en el comunicado el director del Centro NUANCE. «Simplemente mezclamos paladio y gases».
El paladio es un material caro y raro, que cuesta más de $1,000 por 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».
