Los químicos desvelan el secreto de la transferencia de electrones bajo presión

Los químicos desvelan el secreto de la transferencia de electrones bajo presión

El estudio de los procesos químicos fundamentales ocupa un lugar importante en la ciencia. En su último estudio, investigadores de la Universidad Friedrich-Alexander de Erlangen-Nuremberg y de la Universidad de Munich examinaron en detalle los mecanismos de transferencia de electrones en reacciones químicas. Estos resultados se publicaron recientemente en la revista Nature Chemistry y muestran que las reacciones redox tienen aplicaciones de gran alcance en la naturaleza y la tecnología.

Las reacciones redox son procesos esenciales que desempeñan un papel central tanto en la respiración celular como en la fotosíntesis. Por ejemplo, la glucosa se oxida a dióxido de carbono durante la respiración celular, mientras que el oxígeno se reduce a agua. Estos procesos no sólo son importantes desde el punto de vista biológico, sino también industrialmente, ya que están implicados en baterías y pilas de combustible, que generan energía eléctrica a partir de energía química. Electrofisiológicamente, las reacciones redox también pueden ser forzadas por voltaje externo, por ejemplo en la electrólisis para producir cloro e hidrógeno. .

Transferencia de electrones acoplados a protones

Un nuevo foco de investigación se basa en la transferencia de electrones acoplados a protones (PCET). Este método permite que se produzcan reacciones redox sin cambiar la carga general. Los científicos distinguen fundamentalmente entre dos mecanismos de PCET: la transferencia concertada, en la que los electrones y protones se transfieren simultáneamente, y la transferencia gradual, en la que estos pasos ocurren por separado. Sin embargo, hasta ahora no ha existido un método directo para diferenciar entre estos dos mecanismos.

Para estudiar las reacciones luminosas, los investigadores analizaron la influencia de la alta presión sobre las reacciones inducidas por la luz de una molécula fotosensible especial en solución. Se descubrió que la alta presión, hasta 1.200 veces la presión atmosférica, influía significativamente en la velocidad de reacción. Las velocidades constantes sugirieron respuestas concertadas, mientras que las velocidades cambiantes sugirieron respuestas escalonadas. .

Impacto en las tecnologías futuras

La capacidad de controlar una reacción desde un mecanismo gradual hasta uno concertado mediante una presión creciente abre nuevas perspectivas para la investigación. Estos hallazgos no sólo son importantes para la comprensión fundamental de los movimientos de electrones y protones, sino que también podrían tener implicaciones para nuevas tecnologías para convertir y almacenar energía química. Esto es particularmente relevante para aplicaciones en la generación de combustible solar y la producción de hidrógeno.

Por tanto, los mecanismos de las reacciones redox son clave para el desarrollo de nuevas tecnologías energéticamente eficientes. En un mundo cada vez más dependiente de soluciones energéticas sostenibles, los investigadores tienen el desafío de descifrar y aplicar estos complejos procesos químicos.