Primeras imágenes atómicas de moléculas antes y después de una reacción
Imágenes tomadas con microscopio de fuerza atómica de no contacto (nc-AFM por sus siglas en inglés) de una molécula antes y después de una reacción de recocido (T>90 grados C) son muchos mejores que las imágenes tomadas con un microscopio de efecto de túnel (arriba) y son idénticas a los diagramas clásicos de estructura molecular (abajo). (crédito: UC Berkeley)
Una técnica para tomar fotos en escala atómica de un químico antes y después de su reacción ha sido desarrollado por químicos y físicos de la Universidad de California, Berkeley.
A través de la modificación de un microscopio de fuerza atómica (AFM), los científicos han tomado las primeras fotos átomo por átomo, incluyendo imágenes de las uniones químicas entre los átomos, claramente mostrando cómo cambia la estructura de una molécula durante una reacción.
Hasta ahora, los científicos sólo han podido inferir este tipo de información a través de análisis espectroscópico.
“Aunque yo utilizo estás moléculas diariamente, el poder verlas directamente ha sido un gran impacto. ¡Guau!”, dijo Felix Ficher, investigador que encabeza este esfuerzo y profesor de química en UC Berkeley.
“Esto es lo que mis profesores decían que no podríamos ver nunca, y ahora aquí lo estamos viendo”.
La capacidad de ver reacciones moleculares de esta manera ayudará a los estudiantes de química para analizar sus estructuras químicas y reacciones, y mostrará a los químicos por vez primera los productos de sus reacciones y ayudará a afinar las reacciones para lograr los resultados que buscan.
Fischer, conjuntamente con Michael Crommie, profesor de física de UC Berkeley, tomaron estas imágenes con el objetivo de construir nuevas nanoestructuras de grafene, un área con mucha actividad para los científicos de materiales debido a su uso potencial en la siguiente generación de computadoras.
“Sin embargo, las implicaciones van mucho más allá que sólo el grafene”, dijo Fischer. “Esta técnica hallará aplicación en el estudio de la catalizadores heterogéneos, por ejemplo”, la cual es ampliamente utilizada en las industrias del petróleo y química. La catalizadores heterogéneos involucran el uso de catalizadores metálicos, como el platino para acelerar las reacciones, como el convertidor catalítico de un automóvil.
“Este microscopio nos da información nueva sobre las uniones químicas, lo cual resulta extremadamente útil para la comprensión de como se conectan las distintas estructuras moleculares y como pasan de una forma a otra”, dijo Crommie. “Esto nos ayudará para crear nuevas nanoestructuras, tales como redes entrelazadas de átomos que tienen una forma y estructura particular para el uso en dispositivos electrónicos. Esto señala el camino a seguir”.
Tradicionalmente, Fischer y otros químicos realizan análisis detallados para determinar los productos de una reacción química, y aún así, la organización en tres dimensiones de los átomos puede ser ambiguo en estos productos.
“En química, juntas distintos elementos en un frasco y algo nuevo sale, pero sólo tienes información indirecta del resultado”, dijo Fischer. “Debes deducirlo a partir de la resonancia magnética nuclear y el uso de rayos ultrarrojos o ultravioleta. Es como un rompecabezas, debes colocar toda la información conjuntamente y luego imaginar la estructura resultante. Pero eso es como una sombra. Aquí hoy tenemos una técnica a la mano con la cual podemos ver y decir lo que es una molécula con exactitud. Es como tomar una foto de ella”.
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