O H ⁺ próton consiste em um único íon de hidrogênio, o menor e mais leve de todos os elementos químicos. Esses prótons ocorrem naturalmente na água, onde uma pequena proporção de H ₂ Moléculas O se separam espontaneamente. Sua quantidade em um líquido determina se a solução é ácida ou básica. Prótons também são extremamente móveis, movendo-se através da água saltando de uma molécula de água para outra.

Transporte de prótons em interfaces de água sólida

A maneira como esse processo de transporte funciona em um corpo d'água é relativamente bem compreendida. Mas a presença de uma superfície sólida pode afetar dramaticamente como os prótons se comportam, e os cientistas atualmente têm muito poucas ferramentas para medir esses movimentos em interfaces água-sólido. Neste novo estudo, Jean Comtet, um pesquisador de pós-doutorado na Escola de Engenharia (STI) da EPFL, forneceu o primeiro vislumbre do comportamento dos prótons quando a água entra em contato com uma superfície sólida, indo para a escala final de próton único e carga única. Suas descobertas, publicado no jornal Nature Nanotechnology , revelam que os prótons tendem a se mover ao longo da interface entre esses dois meios. O estudo contou com a ajuda de pesquisadores do Departamento de Química da École Normale Supérieure (ENS) de Paris, que realizaram simulações.

Defeitos cristalinos

Comtet estudou a interface entre a água e um cristal de nitreto de boro, um material extremamente liso. "A superfície do cristal pode conter defeitos, "diz Comtet." Descobrimos que essas imperfeições agem como marcadores, reemitindo luz quando um próton se liga a eles. "Usando um microscópio de super-resolução, ele foi capaz de observar esses sinais de fluorescência e medir a posição dos defeitos em cerca de 10 nanômetros - um grau de precisão incrivelmente alto. Mais interessante ainda, o estudo revelou novos insights na forma como os defeitos cristalinos são ativados. "Observamos defeitos na superfície do cristal iluminando-se um após o outro quando entraram em contato com a água, "acrescenta Comtet." Percebemos que esse padrão de iluminação foi produzido por um único próton pulando de defeito em defeito, gerando um caminho identificável. "

Um grande avanço experimental

Uma das principais conclusões do estudo é que os prótons tendem a se mover ao longo da interface água-sólido. "Os prótons continuam se movendo, mas abraçando a superfície do sólido, "explica Comtet." É por isso que vemos esses tipos de padrões. "Aleksandra Radenovic, professor do Laboratório de Biologia em Nanoescala da EPFL (LBEN), acrescenta:"Este é um grande avanço experimental que aumenta nossa compreensão de como as cargas na água interagem com as superfícies sólidas."

"Nossas observações, neste contexto específico, pode ser facilmente extrapolado para outros materiais e ambientes, "diz Comtet." Essas descobertas podem ter implicações importantes em muitos outros campos e disciplinas, desde a compreensão dos processos biológicos na interface célula-membrana até o projeto de filtros e baterias mais eficientes.