Pesquisa de 17 anos muda química para sempre

Ehud Pines é um rebelde no mundo da ciência. O que mais poderíamos chamar um cientista que passou 17 anos procurando a solução para um problema químico de 200 anos que ele sentia que nunca havia recebido uma resposta satisfatória, empregando métodos que nenhum outro cientista acreditava poder levar à verdade?

A pergunta em questão é: como um próton se move através da água? Em 1806, Theodor Grotthuss propôs sua teoria, que ficou conhecida como o Mecanismo de Grotthuss. Ao longo dos anos, muitos outros tentaram uma solução atualizada percebendo que, a rigor, Grotthuss estava incorreto.

Ehud Pines sugeriu, com base em seus estudos experimentais na Universidade Ben-Gurion do Negev, juntamente com sua aluna de doutorado Eve Kozari, e estudos teóricos do Prof. Benjamin Fingerhut sobre a estrutura dos grupos de água protonada do Prof. Pines, que o próton se move através da água em trens de três moléculas de água. A pesquisa foi publicada no periódico Angewandte Chemie International Edition.

Os trens de prótons “constroem os trilhos” abaixo deles para seu movimento e depois desmontam os trilhos e os reconstroem diante deles para continuar. É um ciclo de trilhos que desaparecem e reaparecem, que continua sem parar. Ideias semelhantes foram apresentadas por vários cientistas no passado, porém, segundo o Prof. Pines, elas não foram atribuídas à estrutura molecular correta do próton hidratado que por suas propriedades estruturais triméricas únicas leva à promoção do mecanismo de Grotthuss.

“Os debates sobre o mecanismo de Grotthuss e a natureza da solvatação do próton na água estão acalorados”, disse o Ehud Pines. “A compreensão deste mecanismo é ciência pura, empurrando os limites de nosso conhecimento e mudando um de nossos entendimentos fundamentais de um dos mais importantes mecanismos de transporte de massa e carga da natureza”.

Enquanto nos últimos anos estudos teóricos adicionais confirmaram as descobertas do Prof. Pines sobre o próton hidratado acomodado por uma cadeia de três moléculas de água, a maioria da comunidade científica global que trabalha no campo permaneceu relutante em aceitar o modelo emergente do Prof. Pines para a solvatação e o movimento do próton na água. Assim, o Prof. Pines procurou colaboradores de longa data no Instituto Max Born, na Alemanha.

Eles montaram uma equipe internacional de pesquisa organizada pelo Dr. Erik Nibbering e replicaram o experimento, desta vez radiografando o sistema químico. O experimento de raios-X — que exigiu equipamento especialmente projetado e que custou milhões de dólares financiados pelo Conselho Europeu de Pesquisa — confirmou as conclusões de Ehud Pines.

O experimento de absorção de raios-X (XAS) mediu o efeito da carga de prótons sobre a estrutura dos elétrons internos dos átomos de oxigênio individuais da água. Como previsto pelo Prof. Pines, descobriu-se que três moléculas de água são mais afetadas pela presença do próton, cada uma em extensão diferente, e, com o próton, formam cadeias de moléculas de 3 águas protonadas ou “trens”.

“Todos pensaram neste problema por mais de 200 anos, o que foi um desafio suficiente para que eu decidisse enfrentá-lo. Dezessete anos depois, estou gratificado por muito provavelmente ter encontrado e demonstrado a solução”, disse Ehud Pines.

Os próximos livros de química devem substituir a descrição do Mecanismo de Grotthuss pelo “Mecanismo de Ehud Pines”.