Investigadores de la Universidad de Umeå han explicado ahora una reacción que desconcertó a los científicos durante 50 años. Rápidas instantáneas estructurales capturaron cómo el grafito se transforma en óxido de grafito durante la oxidación electroquímica, revelando estructuras intermedias que aparecen y desaparecen con el tiempo. Los investigadores describen esto como un nuevo tipo de respuesta oscilatoria.
Las reacciones químicas oscilantes son fascinantes de observar e importantes para comprender cómo funcionan los sistemas complejos tanto en la química como en la naturaleza. Los ejemplos visuales clásicos de este tipo de reacciones muestran cómo los colores de una solución cambian de un lado a otro, pasando por diferentes estados y produciendo un producto final después de cada ciclo.
Los investigadores de Umeer publicaron recientemente un estudio en la revista científica. Química aplicadainformando un tipo bastante diferente y nuevo de respuesta oscilatoria durante la oxidación electroquímica del grafito.
“Se sabe desde hace 50 años que algunas oscilaciones de voltaje ocurren espontáneamente cuando se aplica una carga a un electrodo de grafito sumergido en una solución de ácido sulfúrico. El producto final de esta reacción es el óxido de grafito, un material compuesto de capas de óxido de grafeno. Sin embargo, “La estructura del material cambia durante cada ciclo de oscilación de la reacción. Lo que sucede sigue siendo un completo misterio”, afirma Alexander Talizin, profesor de física de la Universidad de Umeå.
Gracias al nuevo método de sincrotrón, los investigadores pueden registrar escaneos de difracción de rayos X en segundos, proporcionando instantáneas de los cambios estructurales del material durante la oxidación. Sorprendentemente, los experimentos han revelado una fase intermedia con una estructura específica que aparece en una parte del ciclo, desaparece en la siguiente fase y luego reaparece repitiendo el ciclo.
“Pronto nos dimos cuenta de que habíamos observado un nuevo tipo de reacción oscilatoria, hasta donde sabíamos. Lo que había comenzado como un estudio detallado de una reacción química particular de repente parecía una perspectiva mucho más interesante. Química fundamental, primer autor de El estudio grabó un hermoso vídeo que muestra cambios periódicos en la apariencia de un espécimen cada pocos minutos”, dijo Alexander Talizin.
Las reacciones de oscilación ocurren dentro de todos los organismos, pero alguna vez se consideraron imposibles en la química inorgánica. Este descubrimiento amplía nuestro conocimiento sobre la cinética química y los mecanismos de reacción y puede conducir al desarrollo de nuevas teorías y modelos en química.
La primera teoría que explica la retroalimentación oscilatoria le valió a Ilya Prigogine el Premio Nobel en 1977 y se convirtió en una parte fundamental de la termodinámica del no equilibrio, mostrando cómo el orden puede surgir del caos.
“Esperamos que se desarrollen nuevas teorías para explicar este nuevo tipo de respuesta oscilatoria, lo que puede conducir al descubrimiento de nuevos ejemplos similares”, dijo Alexander Talizin.