El agua puede acelerar las reacciones químicas

MADRID 17 May. (EUROPA PRESS) -

Un equipo internacional de investigadores ha descubierto cómo la adición de pequeñas cantidades de agua, puede acelerar las reacciones químicas, tales como la hidrogenación y la hidrogenolisis, en las que el hidrógeno es uno de los reactivos.

Dirigido por Manos Mavrikakis, profesor de Ingeniería Química y Biológica, en la Universidad de Wisconsin-Madison, en EE.UU., y Flemming Besenbacher, profesor de Física y Astronomía en la Universidad de Aarhus, en Dinamarca, el estudio ha sido publicado la revista 'Science'.

La hidrogenación y la hidrogenolisis tienen enormes aplicaciones en muchos sectores industriales clave, como el petroquímico, el farmacéutico, el de alimentos y el de la agricultura.

"En la industria petroquímica, por ejemplo, para convertir el crudo en gasolina, y fabricar diversos productos derivados de la biomasa, es necesario hidrogenar moléculas para añadir hidrógeno, y todo esto sucede a través de transformaciones catalíticas", explica el químico, Manos Mavrikakis.

Una reacción química transforma un conjunto de moléculas (los reactivos) en otro conjunto de moléculas (los productos), y un catalizador es una sustancia que acelera la reacción química, y no se consume en el proceso. En aplicaciones industriales, la velocidad de las transformaciones catalíticas es importante; según Mavrikakis, "la velocidad a la que los átomos de hidrógeno se difuminan en las superficies del catalizador, determina, en gran medida, la velocidad de la reacción química".

Mientras que muchos investigadores han observado que el agua puede acelerar las reacciones químicas, en las que el hidrógeno es un reactivo o un producto, hasta ahora, carecían de una comprensión fundamental de cómo se lleva a cabo dicho efecto.

En su investigación, Mavrikakis y Besenbacher se basaron en sus respectivos conocimientos teóricos y experimentales para estudiar los óxidos de metal, una clase de materiales de uso frecuente como catalizadores o soportes de catalizadores. Los expertos observaron que la presencia de pequeñas cantidades de agua podía acelerar la difusión de los átomos de hidrógeno en óxido de hierro.

En otras palabras, el agua hace que el hidrógeno se difunda 10.000 billones de veces más rápido, en óxidos de metales, de lo que se hubiera difundido en la ausencia de agua. Sin agua, el calor es necesario para acelerar ese movimiento.

Para explicar los mecanismos fundamentales del proceso, Mavrikakis y su equipo utilizaron la mecánica cuántica, una rama de la física que explica el comportamiento de la materia a escala atómica, y la computación paralela masiva.

Esencialmente, cuando el agua está presente, el hidrógeno se difunde a través de una transferencia de protones, en la que los átomos de hidrógeno de la superficie del óxido saltan a las moléculas de agua cercanas, y crean iones de hidronio, que luego depositan su protón extra en la superficie del óxido, y liberan una molécula de agua. Ese proceso repetido conduce a una rápida difusión del átomo de hidrógeno en la superficie del óxido.