Químicos desvendam o segredo da transferência de elétrons sob pressão

Químicos desvendam o segredo da transferência de elétrons sob pressão

O estudo dos processos químicos fundamentais ocupa um lugar importante na ciência. Em seu último estudo, pesquisadores da Universidade Friedrich-Alexander Erlangen-Nuremberg e da Universidade de Munique examinaram detalhadamente os mecanismos de transferência de elétrons em reações químicas. Estes resultados foram publicados recentemente na revista Nature Chemistry e mostram que as reações redox têm aplicações de longo alcance na natureza e na tecnologia.

As reações redox são processos essenciais que desempenham um papel central tanto na respiração celular quanto na fotossíntese. Por exemplo, a glicose é oxidada em dióxido de carbono durante a respiração celular, enquanto o oxigênio é reduzido a água. Esses processos não são apenas biologicamente importantes, mas também industrialmente relevantes, pois estão envolvidos em baterias e células de combustível, que geram energia elétrica a partir de energia química. Eletrofisiologicamente, as reações redox também podem ser forçadas por voltagem externa, por exemplo, na eletrólise, para produzir cloro e hidrogênio. .

Transferência de elétrons acoplada a prótons

Um novo foco de pesquisa é baseado na transferência de elétrons acoplados a prótons (PCET). Este método permite que reações redox ocorram sem alterar a carga geral. Os cientistas distinguem fundamentalmente entre dois mecanismos de PCET: transferência concertada, na qual elétrons e prótons são transferidos simultaneamente, e transferência gradual, na qual essas etapas ocorrem separadamente. No entanto, até agora não houve nenhum método direto para diferenciar entre estes dois mecanismos.

Para estudar as reações à luz, os pesquisadores analisaram a influência da alta pressão nas reações induzidas pela luz de uma molécula fotossensível especial em solução. Verificou-se que a alta pressão, até 1.200 vezes a pressão atmosférica, influenciou significativamente a taxa de reação. Velocidades constantes sugeriam respostas concertadas, enquanto velocidades variáveis ​​sugeriam respostas graduais .

Impacto nas tecnologias futuras

A capacidade de controlar uma reação de um mecanismo gradual para um mecanismo concertado através do aumento da pressão abre novas perspectivas para a investigação. Estas descobertas não são apenas importantes para a compreensão fundamental dos movimentos de electrões e protões, mas também podem ter implicações para novas tecnologias de conversão e armazenamento de energia química. Isto é particularmente relevante para aplicações na geração de combustível solar e produção de hidrogênio.

Os mecanismos das reações redox são, portanto, uma chave para o desenvolvimento de novas tecnologias energeticamente eficientes. Num mundo cada vez mais dependente de soluções energéticas sustentáveis, os investigadores são desafiados a decifrar e aplicar ainda mais estes processos químicos complexos.