Investigadores de la Universidad de Standford descubren un método para producir agua oxigenada en laboratorio sin necesidad de aditivos ni energía. El hallazgo abre la puerta a formas más limpias y baratas de fabricar este compuesto, que tiene importantes usos industriales
El agua es una sustancia presente en todos los aspectos de nuestra vida; interviene en el metabolismo de los seres vivos y en la mayor parte de los procesos químicos y geológicos del planeta y forma parte del paisaje diario en su estado líquido, sólido o gaseoso.
Pero a pesar de su ubicuidad y simpleza molecular –un átomo de oxígeno ligado a dos átomos de hidrógeno- aún sigue deparando misterios y ofreciendo sorprendentes novedades sobre su comportamiento químico y físico.
La última de ellas la ha dado a conocer un grupo de investigadores de la Universidad de Stanford, quienes acaban de descubrir que las gotas microscópicas de agua producen espontáneamente peróxido de hidrógeno, es decir, H2O2, la molécula conocida vulgarmente como agua oxigenada.
El hallazgo se ha publicado en la revista científica Proceedings of the National Academy of Sciences y puede facilitar el camino para encontrar formas más limpias y baratas de fabricar este compuesto químico, que tiene importante usos industriales, explica Richard Zare, profesor de Química en la Escuela de Humanidades y Ciencias de la Universidad de Stanford y autor principal del artículo.
El peróxido de hidrógeno tiene un mercado de considerable importancia, que movió 2.600 millones de dólares en 2018. con una producción superior a los dos millones de toneladas. Además, para producirlo se emplean procesos complejos en los que se usan materiales y reactivos tóxicos y que generan subproductos de desecho.
Sorpresas de la molécula de agua
«El agua es uno de los materiales más comunes y se ha estudiado durante años y años y uno pensaría que no había nada más que aprender sobre esta molécula. Pero aquí hay otra sorpresa», admite Zare.
“Cuando se crean gotas de agua del tamaño de micras, las moléculas de agua se oxidan espontáneamente para formar peróxido de hidrógeno. Este proceso no requiere reactivo químico, catalizador, energía aplicada o radiación. Solo el agua pura en forma de microgotas en contacto con el aire es necesaria para la aparición de peróxido de hidrógeno”, afirman los investigadores en el artículo publicado en PNAS.
El descubrimiento se realizó por casualidad mientras Zare y su equipo estudiaban una forma nueva y más eficiente de crear nanoestructuras de oro en microgotas de agua. Durante el experimento, un difusor especial pulverizaba gotas de agua de un tamaño de entre 1 y 20 micras (la milésima parte de un milímetro) y después añadía diversos agentes reductores en unas muestras mientras mantenía otras como testigo, solo con microgotas de agua.
Durante el experimento, el equipo observó que, de forma inesperada, en la muestra testigo que sólo contenía agua se había formado la molécula hidroxilo (HO), compuesta por un solo átomo de hidrógeno emparejado con un átomo de oxígeno.
Este resultado inesperado llevó a Katherine Walker, una estudiante del equipo de Zare, a preguntarse si el peróxido de hidrógeno también estaba presente. Diversas pruebas confirmaron que las microgotas de agua forman espontáneamente peróxido de hidrógeno, en una cantidad de una parte por millón (1 ppm).
Los investigadores de Stanford confirmaron también que las microgotas más pequeñas producen concentraciones más altas de peróxido de hidrógeno y que éste no se pierde cuando las diminutas microgotas se juntan con una masa de agua a granel.
Los investigadores descartaron una serie de posibles explicaciones antes de ofrecer la que consideran la explicación más probable para la presencia de peróxido de hidrógeno. Sugieren que el fuerte campo eléctrico que se genera en la superficie de contacto entre el aire y las microgotas de agua activa las moléculas de hidroxilo para unirse y formar peróxido de hidrógeno.
Aunque los resultados son “una curiosidad científica básica”, reconoce el profesor Zare en un comunicado de prensa emitido por la Universidad de Stanford, “sí es cierto” afirma, “que podrían tener importantes consecuencias prácticas, ya que el peróxido de hidrógeno se fabrica frecuentemente por medio de un proceso ecológicamente hostil”.
El descubrimiento podría ayudar a que esos métodos sean más ecológicos, cree Zare, y podría conducir también, por otro lado, a buscar formas más simples de desinfectar superficies: simplemente rociar microgotas de agua sobre una mesa o el suelo podría valer para limpiarlo, aventura. «Creo que podría ser una de las cosas más importantes he hecho», reconoce Zare.
Un mercado de seis millones de toneladas
El H2O2 es un producto industrial de gran consumo. La popular agua oxigenada, que era un remedio habitual en todos los botiquines domésticos hasta hace poco tiempo, es usada masivamente en todo el mundo en numerosos procesos industriales, especialmente como agente blanqueador y como desinfectante.
Se espera que el mercado global del peróxido de hidrógeno ascienda a seis millones de toneladas para 2024, según datos de Global Industry Analysts, compañía americana especializada en inteligencia de mercados.
El crecimiento de la producción mundial de peróxido de hidrógeno se está viendo espoleado por la creciente demanda para su uso en en electrónica, semiconductores, minería y extracción de metales, agricultura, fabricación de pintura y polímeros, tintes, acerías y sector farmacéutico.
En estos momentos, la tonelada de peróxido de calidad industrial se mueve en torno a los 130 dólares en los mercados de China, el principal consumidor, según la consultora internacional CEIC especializada en análisis de mercados.
