Publicado en Science: Zewail y el seguimiento paso a paso de la ruptura de enlaces en una reacción química

Por Francisco R. Villatoro, el 9 abril, 2010. Categoría(s): Ciencia • Noticias • Science

El egipcio Ahmed H. Zewail, afincado en EEUU, recibió el Premio Nobel de Química 1999 por sus estudios mediante espectroscopía de femtosegundos de cómo ocurren paso a paso las reacciones químicas, determinando todos los estados de transición intermedios. Hoy en Science publica un largo (7 páginas) e interesante artículo de revisión del estado actual del arte de la microscopía electrónica ultrarrápida (UEM), también llamada 4D, por que usa 4 dimensiones, donde la cuarta dimensión es el tiempo. Los microscopios electrónicos utilizan electrones para lograr ver detalles que son imposibles de ver con los microscopios ópticos que utilizan fotones ultravioletas, cuya longitud de onda es de unos cientos de nanómetros. Tradicionalmente los microscopios electrónicos han sido estáticos ya que los electrones se repelen los unos a los otros lo que impide comprimirlos en tiempo tanto como a los fotones en un pulso de luz. Zewail nos revisa los avances tecnológicos recientes que han permitido superar esta barrera y lograr resoluciones temporales de billonésimas de segundo (hasta 0’1 picosegundos) sin menoscabo de su precisión espacial. Según afirma en su artículo, actualmente la única limitación de estas técnicas es la velocidad e la vídeo cámara que ha de grabar las imágenes. Ahmed H. Zewail, «Four-Dimensional Electron Microscopy,» Review, Science 328: 187-193, 9 April 2010.

Las técnicas desarrolladas por Zewail permiten hacer un seguimiento de una reacción química hasta el extremo de determinar la secuencia de enlaces químicos que se rompen durante la misma, que depende del acoplamiento entre la dinámica electrónica y nuclear de cada átomo de las moléculas involucradas. Leonid Sheps et al. estudian en el mismo número de Science la fotodisociación del segundo estado electrónico excitado (llamado A’) de un complejo molecular formado por un anión de monobromuro de iodo con dióxido de carbono [IBr(CO2)]. Estudios anteriores han mostrado que la disociación del anión IBr desnudo tiene como productos finales solamente I + Br. Sin embargo, la espectroscopía fotoelectrónica ultrarrápida revela que en la fotodisociación del complejo IBr(CO2) un subconjunto de las moléculas sufre una transferencia de electrones del iodo al bromo tras sólo 350 femtosegundos tras la excitación inicial. El estudio de este proceso ha requerido simulaciones por ordenador de dinámica molecular que han permitido elucidar el mecanismo de esta transferencia de carga en la que la molécula de dióxido de carbono juega un papel crucial. La molécula de CO2 actúa como un «catalizador» para una transferencia de electrones a través de una distancia de sólo 7 angstroms. La figura muestra la participación de los cuatro estados electrónicos de menor energía (llamados X, A, A’, y a) durante la fotodisociación del IBr (curvas sólidas marcadas 1, 2 y 3) medida por el dióxido de carbono. Realmente es curioso cómo podemos seguir paso a paso la ruptura de enlaces en una reacción química y ver la película de los hechos en escalas de los femtosegundos. El artículo técnico es Leonid Sheps et al., «Solvent-Mediated Electron Hopping: Long-Range Charge Transfer in IBr(CO2) PhotodissociationScience 328: 220-224, 9 April 2010 (originally published in Science Express on 4 March 2010).

El artículo incluye tres películas que muestran los tres modos de fotodisociación observados experimentalmente mediante simulaciones de dinámica molecular: Movie s1, ruptura en tres del estado excitado del IBr(CO2), en concreto en I, CO2, y Br; Movie s2, ruptura en dos del IBr(CO2), en concreto en Br y I(CO2); y Movie s3, ruptura en tres con transferencia de un electrón del ión I al Br. Desde que conocí el trabajo de Zewail, cuando le concedieron el Nobel, todavía me sorprende cuando leo artículos como este en el que es observa en escalas de (cientos de) femtosegundos el proceso detallado de una reacción química. La química reducida a física.



Deja un comentario