Capturan por primera vez el instante exacto en que una gota de agua se crea molécula a molécula: ciencia ficción hecha realidad

La formación de gotas de agua es un proceso que damos por sentado, pero a nivel molecular es un fenómeno sumamente complejo. Hasta ahora, los científicos no habían logrado observar directamente la creación de una gota de agua en el nivel más elemental: molécula a molécula. Sin embargo, un grupo de investigadores liderados por Vinayak Dravid en la Universidad Northwestern le ha logrado recientemente capturar este proceso en tiempo real y a una escala microscópica. Este avance abre nuevas posibilidades no solo para la investigación científica, sino también para la producción de agua en situaciones de escasez, como en zonas áridas o misiones espaciales.

En su estudio, publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences, los científicos detallan cómo lograron controlar la formación de una gota de agua a partir de átomos de hidrógeno y oxígeno. Pero esto ya lo sabías, pues la molécula de agua se compone de dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno. ¿Cómo consiguieron "fabricar" la gota de agua más pequeña de la historia? Pues a través de un método innovador con el que pudieron ver cómo cada molécula de agua se unía a la estructura en una reacción que fue acelerada mediante el uso de paladio como catalizador. Este descubrimiento representa un avance significativo en la comprensión de la dinámica molecular del agua y podría llevar a aplicaciones prácticas para la generación de agua en condiciones extremas.

Eugenio M. Fernández Aguilar

Tecnología detrás de la molécula de agua más pequeña jamás vista

Para observar la formación de agua en una escala tan diminuta, los investigadores emplearon un microscopio electrónico avanzado que permitía ver y grabar reacciones químicas en tiempo real. La técnica desarrollada se basó en el uso de una membrana de paladio que facilitaba la unión de hidrógeno y oxígeno en condiciones controladas. Cuando se introdujo el hidrógeno en la membrana, este se incorporó a la estructura cristalina del paladio. Al añadir oxígeno, el proceso de formación de agua se desencadenó en la superficie de la membrana, permitiendo a los investigadores captar el proceso molecular de la creación de una gota de agua.

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"Es un fenómeno conocido, pero nunca se entendió del todo",  ha manifestado Yukun Liu, primer autor del estudio. "Porque realmente necesitas ser capaz de combinar la visualización directa de la generación de agua y el análisis de la estructura a escala atómica para averiguar qué está sucediendo".

Este procedimiento que permitió observar el agua formarse también ha hecho posible el controlar el ritmo de la reacción. La capacidad de ver las moléculas unirse en tiempo real a nivel atómico representa una oportunidad única para estudiar los mecanismos fundamentales de la química del agua. Como menciona el equipo en el artículo, este nivel de control y visibilidad es esencial para entender los comportamientos únicos de las moléculas de agua, desde su organización hasta las condiciones bajo las cuales se forma una estructura estable y líquida.

Potenciales aplicaciones en exploración espacial

Uno de los aspectos más innovadores de este descubrimiento es su aplicabilidad en entornos con disponibilidad limitada de agua. La membrana de paladio desarrollada podría facilitar la producción de agua en futuras misiones espaciales. Los investigadores proponen que los astronautas podrían llevar hidrógeno almacenado en membranas de paladio y generar agua cuando se combine con oxígeno disponible en el ambiente, como el que podría ser encontrado en Marte.

Según el equipo, el método recuerda a escenas de la película Marte, donde el personaje principal produce agua en Marte mediante la reacción de hidrógeno con oxígeno. “Nuestro proceso es similar”, comenta Dravid, “pero sin la necesidad de quemar combustible”. Esta tecnología ofrece una forma limpia y segura de generar agua en el espacio, esencial tanto para el consumo humano como para el cultivo de plantas en hábitats cerrados y autosustentables.

Posibilidades para la generación de agua en la Tierra

Más allá del uso en el espacio, esta tecnología también podría ser de gran utilidad en zonas de la Tierra donde el acceso al agua es limitado, especialmente en áreas desérticas. Aunque el paladio es un metal costoso, su papel como catalizador permite que se reutilice, haciendo de esta tecnología una opción viable a largo plazo. En zonas áridas, la capacidad de crear agua "a demanda" podría transformar comunidades al reducir la dependencia de fuentes externas o de costosos sistemas de desalinización.

Además, este descubrimiento presenta una alternativa prometedora para generar agua de forma sostenible, lo cual podría beneficiar a más de mil millones de personas que actualmente carecen de acceso a agua potable. Los investigadores están ahora enfocados en optimizar el proceso para que pueda escalarse, buscando una forma de generar mayores cantidades de agua manteniendo el enfoque molecular.

Referencias