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» » Midiendo la energía de los átomos en los estados de transición

Referencia: Live Science.com .
“'Impossible' Feat: Scientists Measure Energy of Atoms During Reactions”
por Charles Q. Choi, 11 de diciembre 2015
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 Por primera vez, los científicos han logrado una hazaña que hasta ahora se pensaba imposible, han medido la energía producida en una disposición de átomos de muy corta duración cuando suceden reacciones químicas.

Los investigadores del MIT determinaron la energía y la asignaron a la estructura del estado de transición de una reacción química. Crédito MIT
Este hallazgo podría ayudar a esclarecer el funcionamiento interno preciso de las reacciones químicas demasiado complejas para entenderlas por otros métodos, decían los investigadores.

Las reacciones químicas responsables de la vida, la muerte y todo lo que envuelve las moléculas transformándose de un tipo a otro, desde los reactivos a los productos. Tal como se producen las reacciones químicas, las disposiciones fugaces e inestables de los átomos, conocidos como estados de transición, existen como enlaces moleculares que se forman y se rompen entre átomos.

 "Los reactivos y los productos son como valles estables a ambos lados de una cordillera, y el estado de transición es como un puerto de montaña", explicaba como imagen el autor principal del estudio, Joshua Baraban, químico físico en la Universidad de Colorado en Boulder. "Debido a que sólo existe cuando se pasa de una cosa a otra, en realidad nunca se ha pensado como algo que se puede estudiar de forma directa."

Ahora, por primera vez, los científicos han medido la cantidad de energía requerida para alcanzar un estado de transición.

"Esto es algo que, si le preguntas a la gente con un doctorado en química, te dirán que no es posible hacerlo", comentó Baraban. "Los libros de texto dicen que no."

Pero ellos investigaron un tipo de reacción química conocida como isomerización, en la que una molécula sufre un cambio de estructura. Se centraron en una molécula conocida como acetileno, que consta de dos átomos de carbono y dos átomos de hidrógeno.

Cuando el acetileno absorbe energía, hay dos conformaciones que pueden adoptar, estas pueden visualizarse imaginando a los átomos como bolas y los enlaces moleculares que conectan los átomos como palos. En el acetileno, los átomos de carbono están unidos entre sí y constituyen la mitad de la molécula, y cada átomo de carbono tiene un átomo de hidrógeno unido a él.

Una conformación tiene forma de zigzag, en el que un átomo de hidrógeno se coloca a un lado del enlace carbono-carbono, mientras que el otro está al otro lado del enlace. La otra conformación tiene la forma de una "U", con los dos átomos de hidrógeno en el mismo lado del enlace carbono-carbono.

Con un poco de energía, la versión de zigzag de acetileno puede convertirse en el tipo con forma de U, dijeron los investigadores. En el ínterin, se produce un estado de transición donde uno de los átomos de hidrógeno no se coloca a ambos lados de la unión carbono-carbono, sino casi en línea con ello.

Los investigadores usaron los láseres para monitorizar los cambios en las vibraciones de acetileno, conforme los investigadores daban más energía a las moléculas. Cuando se alcanzaban niveles específicos de energía, los patrones vibracionales cambiaban en los tipos y formas esperados cerca del estado de transición, aseguraron los investigadores.

 Los científicos también demostraron que utilizando su técnica pueden predecir con precisión la estructura y la energía del estado de transición entre el cianuro de hidrógeno y isocianuro de hidrógeno. En el cianuro de hidrógeno, un átomo de hidrógeno está conectado a un átomo de carbono, el cual, a su vez, está unido a un átomo de nitrógeno. En isocianuro de hidrógeno, un átomo de hidrógeno está conectado a un átomo de nitrógeno, que a su vez, está unido a un átomo de carbono. El estado de transición entre estas moléculas tiene un átomo de hidrógeno, un átomo de carbono y un átomo de nitrógeno unidos unos a otros como en un triángulo. Este tipo de cambio de conformación es también una parte importante de cómo funcionan los ojos. "Cuando la luz entra en el ojo produce este tipo de cambio que vemos en el acetileno, iniciando una reacción en cadena que envía la información que ve el ojo al cerebro", reseñó Baraban.

 La investigación futura podrá analizar reacciones más complejas, como aquellas que unen dos moléculas o cuando una molécula se rompe en dos, comentaron los investigadores.

Baraban, junto con el autor del estudio, Robert Field, del MIT, y sus colegas, detallan sus hallazgos en línea en el journal Science.

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-Fuente: MIT News.edu .
-Publicación: Science 11 December 2015: Vol. 350 no. 6266 pp. 1338-1342. DOI: 10.1126/science.aac9668 .

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