Cascada de protones en un sólido molecular

Abstract

El movimiento de protones en el interior de espacios reducidos es un tema de gran interés en numerosas áreas de investigación. A pesar de que la mayoría de materiales empleados para el transporte y almacenaje de moléculas e iones suelen ser materiales porosos, se ha logrado obtener sustancias sintéticas no porosas capaces de ceder y capturar pequeñas moléculas, entre las cuales se encuentra el agua. Por otro lado, el transporte de protones implica la ruptura y formación de enlaces dentro del sólido, convirtiéndolo en algo más que un simple espectador. Este proceso, conocido como alambre de protones, se explica en base al mecanismo de Grotthuss. A pasar de su simplicidad conceptual, la mayoria de resultados se basan o necesitan el apoyo de cálculos teóricos. En este trabajo se presenta un polímero 1-D basado en manganeso y citrato. El ploímero esta formado por unidades [Mn4(citrato)4] propagadas a traves de unidades [Mn4(H2O)6]2+. La carga negativa de la cadena polimérica está compensada con unidades [Mn(H2O)5]2+ que cuelgan de ella y [Mn4(H2oO)6]2+ que se localizan entre las cadenas poliméricas. Asi pues el complejo consta, por monómero, de 21 moléculas de agua coordinadas y 9 libres alojadas entre las cadenas poliméricas. Este compuesto experimenta una pérdida de 3 moleculas de agua cuando se deja al aire a pesar de no presentar canales o poros en su estnructura. Cuando el cristal se expone a una atmósfera húmeda, estas tres moléculas de agua son reabsorbidas regenerando completamente la estructura inicial. Sin embargo, al llevar a cabo la rehidratación bajo atmósfera de D2O se ha observado un intercambio total de todos los H de las moléculas de agua (coordinadas y libres) por deuterio. Las estructuras antes y después del intercambio fueron caracterizadas por difracción de neutrones. Esto se explica gracias a la observación de cadenas de moléculas de agua unidas por puentes de hidrógeno que atraviesan la estructura completa. El desorden observado en los átomos de hidrógeno permite su desdoblamiento en dos componentes que encajan con los dos pasos fundamentales del mecanismo de Grotthuss.