Un nuovo studio ha catturato filmati mai visti prima di atomi di idrogeno e ossigeno che si combinano per formare una gocciolina d’acqua in miniatura dal “nulla”. La reazione recentemente migliorata potrebbe un giorno aiutare gli astronauti a produrre acqua nello spazio.

 

 

 

Per la prima volta, i ricercatori hanno catturato filmati video su scala nanometrica di atomi di idrogeno e ossigeno che si combinano nell’acqua dal “nulla”, grazie a un raro catalizzatore metallico.

La reazione super-efficiente, che un giorno potrebbe aiutare gli astronauti a produrre acqua nello spazio, ha anche prodotto la più piccola bolla d’acqua mai vista, dicono i ricercatori.

Il video fa parte di un nuovo studio, pubblicato il 27 settembre sulla rivista PNAS, in cui i ricercatori hanno testato come il palladio catalizza una reazione tra idrogeno e ossigeno per creare acqua in condizioni di laboratorio standard.

Il team ha studiato questa reazione con un nuovo tipo di apparato di monitoraggio che ha catturato il processo in modo straordinariamente dettagliato.

Il team ha indotto la reazione utilizzando una speciale membrana vetrosa ultrasottile che trattiene le molecole di gas all’interno di camere “nanoreattore” a forma di nido d’ape.

Ciò significa che i test possono essere visualizzati in tempo reale utilizzando microscopi elettronici, consentendo ai ricercatori di saperne di più su come funziona la reazione.

I ricercatori del Northwestern University Atomic and Nanoscale Characterization Experimental Center (NUANCE) hanno aperto la strada a questa nuova tecnica in uno studio pubblicato a gennaio.

I ricercatori sanno dal 1900 che il palladio, un metallo raro bianco-argento simile nell’aspetto al platino, può catalizzare una reazione secca tra idrogeno e ossigeno, hanno scritto i ricercatori. Tuttavia, fino ad ora, non era chiaro esattamente come funzionasse la reazione.
Il nuovo studio ha rivelato che gli atomi gassosi si stringono prima tra gli atomi di palladio, che sono disposti in un reticolo quadrato. Questo espande il reticolo e consente la formazione di goccioline d’acqua sulla superficie del catalizzatore.
Il team ha anche scoperto che il processo può essere accelerato aggiungendo prima atomi di idrogeno al palladio, perché sono più piccoli degli atomi di ossigeno.
Ciò consente al reticolo di palladio di espandersi prima dell’aggiunta di ossigeno, creando spazi più grandi per consentire agli atomi più grandi di adattarsi più facilmente all’interno.

Il team ritiene che una versione ingrandita della reazione potrebbe essere utilizzata per creare acqua per gli astronauti nello spazio o in colonie su altri pianeti.

I ricercatori l’hanno confrontata con una scena del film di fantascienza “The Martian” con Matt Damon, in cui un astronauta bloccato produce acqua su Marte bruciando carburante per razzi e combinandolo con l’ossigeno della sua tuta.

“Il nostro processo è analogo, tranne per il fatto che eludiamo la necessità del fuoco e di altre condizioni estreme”, ha detto il coautore dello studio Vinayak Dravid, direttore del NUANCE Center. “Abbiamo semplicemente mescolato palladio e gas insieme”.

Il palladio è un materiale costoso e raro: ciò è in gran parte dovuto al fatto che può catalizzare molte altre reazioni chimiche ed è utilizzato in un’ampia gamma di tecnologie.

Di conseguenza, la creazione di un dispositivo generatore d’acqua per gli astronauti potrebbe essere estremamente costosa.

Tuttavia, i ricercatori hanno sostenuto che ne varrebbe la pena a lungo termine.

“Il palladio potrebbe sembrare costoso, ma è riciclabile”, ha detto Liu. “Il nostro processo non lo consuma. L’unica cosa consumata è il gas, e l’idrogeno è il gas più abbondante nell’universo”.

 

Credito immagine: Vinayak Dravid/Northwestern University