Los comportamientos de los protones en entornos acuosos
Un protón es un ión con carga positiva, un átomo de hidrógeno que ha perdido su único electrón. En comparación con otros iones, los protones tienen una movilidad anormalmente alta en el agua, que se explicaría por sus interacciones con la propia red de moléculas que componen este medio. Los mecanismos de transporte en un volumen de agua se han estudiado en gran detalle. No obstante, en la mayoría de los procesos, los protones coexisten con otros solutos y atraviesan geometrías interesantes tales como canales iónicos y otras arquitecturas peculiares. La ciencia ha aportado ahora nuevos conocimientos sobre los procesos menos entendidos que tienen lugar en esos entornos complejos y fuertemente perturbados. La financiación con fondos europeos del proyecto «Aqueous proton mobility near ions and in nano-confined geometries» (PERTPROTONDYN) les dio la oportunidad que estaban buscando. Las mediciones se llevaron a cabo utilizando técnicas potentes de espectroscopia no lineal. El equipo mejoró de manera significativa las capacidades de una técnica de banda ancha avanzada (la espectroscopia de relajación dieléctrica [DRS] de banda ancha de alta frecuencia) que ofrece información importante sobre los momentos dipolares moleculares y los portadores de carga libres. También utilizaron una técnica de infrarrojos (IR) para visualizar la movilidad rotacional de los grupos hidroxilo (-OH) del agua. Los cationes divalentes calcio (Ca2+) y magnesio (Mg2+) son componentes importantes de los fluidos biológicos. La DRS reveló por primera vez su influencia en el número de moléculas de agua afectadas por la presencia de protones. Resulta difícil estudiar la movilidad de los protones cuando están confinados en espacios muy reducidos, ya que la corriente generada es tan pequeña que es casi imposible medirla. La DRS abrió también una ventana a la respuesta de polarización inesperada de los protones constreñidos en gotas de agua de tamaño nanométrico. Los investigadores estudiaron los efectos de la hidratación de una membrana de Nafion en la movilidad rotacional del agua y la movilidad de los protones y los iones de sodio. Los conocimientos adquiridos resultan útiles para entender mejor procesos cruciales como el transporte de energía en sistemas biológicos y los mecanismos iónicos de las celdas de combustible. Por último, el equipo utilizó la DRS junto con espectroscopia rápida en el IR medio para elucidar la dinámica molecular de un neurotransmisor inhibidor habitual y urea, una importante sustancia química presente en la orina. Los nuevos resultados se encuentran en distintas fases del proceso de publicación. El proyecto PERTPROTONDYN facilitó información importante sobre los mecanismos de transporte de protones hidratados en entornos complejos que resultan cruciales para muchos procesos con relevancia tanto natural como industrial.
Palabras clave
Protón, acuoso, movilidad en el agua, movilidad de los protones, geometrías nanoconfinadas, espectroscopia de relajación dieléctrica, movilidad rotacional
