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CIENCIA

Desarrollan un método nuevo para separar el hidrógeno y el oxígeno del agua

Científicos israelíes han desarrollado un nuevo método para disociar el agua en sus dos elementos constituyentes, el hidrógeno y el oxígeno

miércoles 22 de octubre de 2014, 11:21h
El desarrollo de nuevos métodos para disociar el agua en hidrógeno y oxígeno es uno de los retos más importantes de la ciencia actualmente, teniendo en cuenta las posibilidades del hidrógeno como combustible limpio y sostenible. El problema hasta la fecha era conseguirlo de manera eficiente y de forma que no implicara sustancias químicas adicionales.
Profesor David Milstein, del Departamento de Química Orgánica del Instituto Weizmann
Profesor David Milstein, del Departamento de Química Orgánica del Instituto Weizmann
Científicos israelíes del Departamento de Química Orgánica del Instituto Weizmann, capitaneados por el Profesor David Milstein, han desarrollado un nuevo método que aborda el problema de la actual necesidad de catalizadores en la disociación del agua y de la poca eficiencia de los métodos actuales de disociación.

En su trabajo, el equipo ha mostrado una nueva forma de generación de enlaces entre los átomos de oxígeno y han definido el mecanismo que los genera. De hecho, es la generación de gas oxígeno por la formación de un enlace entre dos átomos de oxígeno a partir de moléculas de agua lo que viene a ser el actual cuello de botella en el proceso de disociación del agua. Estas investigaciones las han publicado recientemente en la prestigiosa revista Science.

La naturaleza ha desarrollado un proceso muy eficiente: la fotosíntesis, llevada a cabo por las plantas y que es la fuente de prácticamente todo el oxígeno del planeta. A pesar de que se han dado significativos avances en la compresión del proceso de la fotosíntesis, el mecanismo exacto de este proceso no está todavía claro. Se han dedicado grandes esfuerzos por parte de científicos de todo el planeta para desarrollar sistemas de fotosíntesis artificial basados en metales complejos como catalizadores, con poco éxito (un catalizador es una sustancia química que es capaz de aumentar el rendimiento de determinada reacción química sin alterarla).

El nuevo método que desarrolla este equipo de científicos está dividida en una secuencia de reacciones que conduce a la liberación de hidrógeno y oxígeno, regulados por un ingrediente único, un complejo metálico especial desarrollado por el equipo de Milstein en estudios previos. Este complejo metálico, derivado del Rutenio, es un complejo 'inteligente' en el cual un núcleo metálico y una parte orgánica acoplada a él, colaboran en la división de la molécula de agua. Al mezclar este complejo con agua los enlaces entre los átomos de hidrógeno y oxígeno se rompen, manteniéndose uno de los átomos de hidrógeno atado a la parte orgánica del complejo, mientras que los átomos de hidrógeno y oxígeno restantes (que forman un grupo OH), quedan unidos a la parte metálica (recordemos que una molécula de agua está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno).

En la siguiente parte del proceso la solución de agua + complejo metálico es calentada a 100 grados centígrados, momento en el que los átomos de hidrógeno de la parte organica son liberados del complejo, recogiéndose en forma de gas hidrógeno, fuente de combustible limpio, mientras otro grupo OH se agrega al núcleo metálico del complejo.

El siguiente paso consiste en someter el complejo resultante de lo anterior a la luz a temperatura ambiente que resulta en la emisión de oxígeno por parte del complejo mientras éste vuelve a su estado original, con lo cual puede ser reciclado para posteriores usos.

Milstein y su equipo han identificado y explicado el proceso que tiene lugar durante la tercera etapa descrita, resultando que la luz es la que proporciona la energía necesaria para que dos grupos OH se unan creando peróxido de hidrógeno, H2O2 (agua oxigenada), que al ser muy inestable, rápidamente se desintegra en oxígeno por un lado, y agua por otro.

El descubrimiento de un catalizador artificial y eficiente para la disociación del agua en hidrógeno y oxígeno a través de la luz solar es un tremendo logro para la investigación de energías limpias y renovables. El próximo reto del equipo de Milstein es conseguir combinar estos pasos para crear un sistema catalítico eficiente, lo que nos acercará a todos a un futuro de energía limpia, segura y barata.
Equipo del Departamento de Química Orgánica del Instituto Weizmann
Equipo del Departamento de Química Orgánica del Instituto Weizmann
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