La "mala" química que en realidad funcionó

Vale, tengo que admitirlo: cuando leí esta investigación por primera vez, tuve que leerla dos veces porque algo no cuadraba.

Los científicos intentaban producir ciertos productos químicos valiosos utilizando electricidad (una técnica llamada electrosíntesis orgánica, si quieres el término sofisticado). Lo habían configurado todo perfectamente: el voltaje adecuado, los materiales de los electrodos adecuados, la solución adecuada. Pero sus resultados seguían siendo decepcionantes. Solo obtenían alrededor del 16% del producto que deseaban.

Dieciséis por ciento. Eso es, básicamente, una nota de suspenso.

Pero aquí es donde se pone interesante. Los investigadores —liderados por la profesora Jaeyune Ryu y su equipo en la Universidad Nacional de Seúl— no se limitaron a aceptar estos resultados decepcionantes. En su lugar, empezaron a preguntarse qué se les podría estar escapando.

Y vaya si encontraron algo.

Al realizar algunos cambios relativamente sencillos en el diseño de su reactor —específicamente, controlando la separación entre los electrodos y cómo fluía el líquido a través del sistema— lograron aumentar esa tasa de éxito de un desastroso 16% hasta un 97%.

Noventa. Y siete. Por ciento.

Eso no es una mejora incremental. Eso es pasar de un "tal vez deberíamos probar un enfoque diferente" a un "patentemos esto inmediatamente".

Entonces, ¿cuál era el problema desde el principio?

Aquí está lo que me hace sonreír (y también rascarme la cabeza): la solución estaba escondida a plena vista. Literalmente a centímetros de donde ocurría toda la acción.

El factor clave que descubrieron es algo llamado "pH local", y antes de que se te pongan los ojos en blanco, permíteme explicarte por qué esto realmente importa de una manera que podría sorprenderte.

Probablemente sepas que el pH mide qué tan ácida o alcalina es una sustancia. El café es ligeramente ácido (alrededor de pH 5), mientras que el bicarbonato de sodio es alcalino (alrededor de pH 9). Nuestros cuerpos trabajan duro para mantener un pH bastante estable de alrededor de 7.4.

Ahora bien, en las reacciones químicas que involucran electricidad, los iones de hidrógeno (también llamados protones) se producen o consumen constantemente en los electrodos. Y aquí está el detalle: estos protones no pueden moverse por el líquido instantáneamente. Así que, aunque la solución general parezca perfectamente neutra en un tubo de ensayo, justo al lado de la superficie del electrodo, las cosas pueden desequilibrarse muchísimo.

Los investigadores calcularon que, cerca de un electrodo, el pH podría subir hasta aproximadamente 11 (fuertemente alcalino). Cerca del otro, podría desplomarse hasta unos 2.5 (fuertemente ácido).

Es como la diferencia entre el bicarbonato de sodio y el zumo de limón, todo ocurriendo en una región más delgada que un cabello humano.

¿Por qué debería importarte?

Buena pregunta. Porque, sinceramente, la mayoría de nosotros no pasamos el día pensando en superficies de electrodos o gradientes de pH.

Pero aquí está la cuestión: los productos químicos en los que se centra esta investigación no son curiosidades oscuras de laboratorio. Estamos hablando de lactonas y epóxidos, compuestos que forman los bloques de construcción de:

• Plásticos biodegradables (porque necesitamos desesperadamente más de ellos)
• Poliuretanos (que se encuentran en todo, desde cojines de muebles hasta aislantes)
• Adhesivos y recubrimientos protectores
• Resinas epoxi (utilizadas en electrónica)
• Productos farmacéuticos

Es una lista bastante impresionante de cosas que aparecen en la vida cotidiana.

¿Y la técnica en sí? Utiliza oxígeno y electricidad para impulsar las reacciones, lo que significa que los fabricantes podrían reducir su dependencia de agentes oxidantes químicos agresivos. Algunos de estos agentes no solo son peligrosos de manipular, sino que también generan productos de desecho problemáticos.

En otras palabras, no se trata solo de hacer que la química sea más eficiente. También podría hacerla más segura y más limpia.

El momento del "¡Ups!" en la ciencia

Lo que me parece más encantador de esta historia es la magnitud del descuido.

El equipo no solo probó sus propias reacciones. Volvieron atrás y analizaron más de 600 artículos científicos sobre electrosíntesis orgánica publicados desde 2010. Y esto fue lo que descubrieron:

Aproximadamente el 89% de esos estudios involucraban reacciones donde se transferían tanto electrones como protones en los electrodos.

En lenguaje sencillo: la mayoría de las reacciones electroquímicas probablemente tienen este problema de pH local. Los investigadores han estado dando tumbos, preguntándose por qué sus resultados son inconsistentes, cuando el culpable ha estado escondido justo en la superficie del electrodo todo el tiempo.

Esto me hace pensar en todos los otros descubrimientos que son "obvios en retrospectiva" esperando ser encontrados. A veces, los mayores avances no consisten en inventar algo totalmente nuevo, sino en notar lo que ha estado ahí todo el tiempo.

¿Qué pasará después?

El equipo de la profesora Ryu ha publicado sus hallazgos en el Journal of the American Chemical Society, lo cual es un gran acontecimiento. No es una revista cualquiera; es una de las publicaciones de química más respetadas del mundo.

Ahora, llevará tiempo que este conocimiento se filtre en las aplicaciones industriales. Pero las implicaciones son muy emocionantes. Los fabricantes de productos químicos podrían potencialmente rediseñar sus procesos para tener en cuenta los efectos del pH local, lo que llevaría a mayores rendimientos, menos residuos y menos ingredientes peligrosos.

Y para los científicos que nos leemos esto, abre una variable totalmente nueva a considerar. Cuando estés diseñando un experimento electroquímico, ya no se trata solo del voltaje y los materiales de los electrodos; también es posible que debas pensar con mucho cuidado en lo que está sucediendo en esa diminuta y pasada por alto capa límite.

A veces, el factor más importante de una receta no son los ingredientes principales. Es ese detalle sutil que has estado pasando por alto.

Durante décadas, químicos de todo el mundo estuvieron ajustando voltajes, cambiando materiales de electrodos y modificando composiciones de soluciones, todo mientras el verdadero culpable (el pH local) esperaba pacientemente justo en la superficie.

Ahora que sabemos qué buscar, ¿quién sabe qué otros "factores ocultos" están simplemente esperando ser descubiertos?

Una cosa es segura: la química se ha vuelto mucho más interesante.

Fuente: ScienceDaily