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| La burbuja que surge del paladio. Crédito: Vinayak Dravid/Northwestern University |
Los investigadores han presenciado y filmado por primera vez la fusión de oxígeno e hidrógeno para formar pequeñas burbujas de agua a escala nanométrica.
En 2024, el equipo de la Universidad Northwestern, Illinois, desarrolló un nuevo método para ver y analizar moléculas de gas en tiempo real. El método consiste en atrapar moléculas de gas dentro de nanorreactores con forma de panal utilizando membranas vítreas ultradelgadas, que luego se pueden ver con microscopios electrónicos de transmisión de alto vacío.
Con la nueva técnica, el equipo intentó observar más de cerca un misterio de cien años: cómo el raro metal paladio puede generar rápidamente agua a partir de hidrógeno y oxígeno.
"Es un fenómeno conocido, pero nunca se entendió por completo", dijo Yukun Liu, el primer autor del estudio, en un comunicado. "Porque realmente es necesario poder combinar la visualización directa de la generación de agua y el análisis de la estructura a escala atómica para averiguar qué está sucediendo con la reacción y cómo optimizarla".
Con la nueva técnica, pudieron observar con cierta incredulidad cómo el hidrógeno entraba en el paladio y se formaba una burbuja de agua de tamaño nanométrico.
"Creemos que podría ser la burbuja más pequeña jamás formada que se haya visto directamente", añadió Liu. "No es lo que esperábamos. Por suerte, lo estábamos grabando, así que pudimos demostrar a otras personas que no estábamos locos".
Además de la evidencia visual, el equipo analizó la burbuja utilizando espectroscopia de pérdida de energía de electrones, la misma técnica que utilizó el Chandrayaan-1 de la India para confirmar la presencia de agua en la Luna, aunque a escala nanométrica.
"Al visualizar directamente la generación de agua a escala nanométrica, pudimos identificar las condiciones óptimas para la generación rápida de agua en condiciones ambientales", añadió Vinayak Dravid, autor principal del estudio. “Estos hallazgos tienen implicaciones significativas para aplicaciones prácticas, como permitir la generación rápida de agua en entornos del espacio profundo utilizando gases y catalizadores metálicos, sin requerir condiciones de reacción extremas”.
El equipo descubrió que la velocidad a la que el paladio produce oxígeno se ve afectada significativamente por la secuencia en la que se introducen el hidrógeno y el oxígeno. Además de ser asombroso ver este proceso en escalas tan pequeñas, la investigación podría conducir a mejores técnicas de producción de agua. Un área en la que realmente podría ayudar sería en los viajes espaciales. Si el paladio pudiera precargarse con hidrógeno, los astronautas solo necesitarían agregar oxígeno para crear agua potable. A menos que se haga una parada rápida en Europa, el agua puede ser un problema en misiones lejanas para visitar otros planetas o establecer bases allí.
“Piense en el personaje de Matt Damon, Mark Watney, en la película ‘The Martian’”, agregó Dravid. “Quemó combustible para cohetes para extraer hidrógeno y luego agregó oxígeno de su oxigenador. Nuestro proceso es análogo, excepto que evitamos la necesidad de fuego y otras condiciones extremas. Simplemente mezclamos paladio y gases juntos”.
El estudio se publica en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias.