Internacional. El dióxido de titanio es uno de varios minerales que se autolimpian; usan la energía del sol para convertir cualquier "schmutz" que aterrice en su superficie en un gas inofensivo, que luego flota flotando.
Estos minerales se han utilizado como revestimiento en todo, desde placas de edificaciones hasta los espejos de automóviles, pero la naturaleza de sus capacidades de autolimpieza no está clara. Cuando las superficies se examinan en el vacío, los científicos ven átomos de titanio individuales como se esperaba, pero cuando las superficies se examinan en aire o solución, una molécula desconocida parece unirse selectivamente a todos los átomos de metal en la superficie, creando una casi perfectao capa gruesa de una sola molécula. Pero, ¿qué son estas moléculas y por qué no se unen a cada átomo de metal?
Una colaboración internacional entre los laboratorios de Melissa Hines, profesora de química y biología química, y Ulrike Diebold, profesora de ciencias de ciencias de la superficie de la Universidad Técnica de Viena, Austria, ha llegado a la sorprendente conclusión de que estas superficies autolimpiantes están cubiertas por uno de los agentes de limpieza conocidos más antiguos: vinagre simple.
"Creemos que lo que está sucediendo es que esta capa de moléculas ayuda a que el dióxido de titanio reaccione", dijo Hines, cuyo artículo, "Adsorción de alta afinidad conduce a interfaces ordenadas molecularmente sobre TiO2 en aire y solución", publicado el 23 de agosto en Science. Hines es autor principal; también contribuyó estuvo William J.I. DeBenedetti, estudiante de doctorado en química y miembro del Hines Lab.
Usando una combinación de técnicas, los investigadores demostraron que cuando el dióxido de titanio se expone al aire, la superficie se cubre con una capa de una sola molécula de dos ácidos orgánicos: ácido acético (vinagre) y su pariente cercano, el ácido fórmico. Ambos son subproductos naturales del crecimiento de árboles y arbustos, y están presentes en el aire en concentraciones de partes por billón, tanto en entornos urbanos como rurales.
Para confirmar los hallazgos, la experimentación se realizó tanto en Ithaca rural como en la Viena urbana. "Fue crucial que realizáramos el experimento en más de un lugar", dijo Hines, que realizó investigaciones en Viena durante un año sabático. "Si lo hubiéramos hecho en Viena, todos dirían: 'Por alguna razón, su edificio está lleno de vinagre'.
La unión selectiva de estas moléculas a superficies autolimpiables se debe a una peculiaridad de su estructura. Las moléculas tienen unión "bidentada", literalmente, "dos dientes", lo que les permite aferrarse a las superficies a temperaturas más altas que otras moléculas, como los alcoholes, que tienen uniones monodentadas.
Esta unión bidentada hace que cada molécula se una a dos átomos de titanio. Dado que hay una molécula por cada dos átomos de titanio, los investigadores previos pensaron que las moléculas estaban unidas a solo la mitad de los átomos de titanio.
Esta comprensión química puede ayudar a explicar las propiedades autolimpiantes del dióxido de titanio. Las moléculas de ácido le dan a la superficie una "personalidad dividida". En un día claro, las moléculas de ácido se ensamblarán espontáneamente en una capa cerosa hidrofóbica ("repelente del agua") en la superficie que repelerá muchos tipos de moléculas.
En días lluviosos, sin embargo, los ácidos se aclararán rápidamente, exponiendo una superficie hidrofílica ("amante del agua") que es crucial para la acción de la lámina que enjuaga el polvo y otras partículas.
A pesar de esta nueva comprensión, aún quedan muchos misterios con este material, y los investigadores de Cornell están investigando el papel de la luz solar en el proceso de autolimpieza.
"De alguna manera, estas moléculas en la superficie están ayudando con esta química realmente interesante, las propiedades de autolimpieza y oxidación", dijo Hines. "Y recién estamos empezando a comprender lo que sucede allí".
Otros contribuyentes vinieron de la Universidad de Tecnología de Brno, en la República Checa. El apoyo para este trabajo provino de la National Science Foundation, el Centro de Cálculo Científico Nacional de Investigación de Energía del Departamento de Energía de EE. UU., el Fondo Científico de Austria y el Consejo Europeo de Investigación.
Fuente: Cornell.
