Fotografiar com es trenca una molècula ja és possible

Un canvi és la transformació d’un sistema al llarg del temps. Els canvis físics es caracteritzen perquè no modifiquen la naturalesa de la substància.

Els canvis químics sí que modifiquen la naturalesa de les substàncies de manera que se’n formen de noves amb propietats diferents.  Aquest procés s’anomena reacció química: una o més substàncies, anomenades reactius, es transformen en una o més substàncies amb propietats diferents, anomenades productes. Implica una modificació de la matèria. Tenen associats canvis energètics. Les substàncies que es transformen les anomenem reactius i les que obtenim, productes. El procés o canvi és la reacció química. 

Un equip internacional de científics liderat per l’ICFO – Institut de Ciències Fotòniques de Barcelona ha visualitzat l’inici d’una reacció química en una sola molècula complexa. En un article publicat a la revista Science, els investigadors detallen com han aconseguit fotografiar aquesta reacció a un nivell de detall espai-temporal fins ara inaudit: en l’espai, han aconseguit captar la molècula sencera visualitzant els àtoms que la integren; en el temps, han immortalitzat els moviments en qüestió de femtosegons, és a dir, en aproximadament una mil·lèsima d’una bilionèsima part d’un segon ..

Els sefies , tan de moda avui en dia, arriben també al camp de la química. L’equip que Biegert lidera qualifica aquestes instantànies de autofoto o selfie perquè són possibles gràcies als electrons de la pròpia molècula, tal com explica l’article….

http://www.lavanguardia.com/ciencia/fisica-espacio/20161025/411284192991/fotografiar-como-rompe-molecula-es-posible.html

Imaginen una bola de nieve deslizarse por una montaña con la cima nublada. Imaginen que pronto otra bola bajará rodando. Hemos visto a la primera bola descender, sabemos que está hecha de nieve, pero no hemos logrado divisar cómo se formó. Las nubes siguen ahí y nos faltan herramientas para intervenir en la formación de la siguiente bola. Ahora imaginen que la bola es un conjunto de átomos que se mueven como consecuencia del inicio de una reacción química en la cima. En la parte baja de la montaña, al parar de moverse, estos átomos dan lugar a una o varias moléculas que pueden ser la base de un fármaco, un material industrial o un combustible. Sabemos de qué átomos se trata, por qué razón se han movido y a qué molécula han dado lugar al juntarse, pero al estar la cima nublada no hemos podido observar en tiempo real cómo se desencadenó ese movimiento. Esto nos causa dificultades para intentar reproducir la reacción química de forma controlada. Un equipo internacional de científicos liderado por el ICFO – Institut de Ciències Fotòniques de Barcelona acaba de dar un importante paso al despejar esas nubes de la cima de la montaña, o lo que es lo mismo, al ser capaz de visualizar el inicio de una reacción química en una molécula compleja.

En un artículo publicado en la revista Science, los investigadores detallan cómo han conseguido fotografiar esa reacción a un nivel de detalle espacio-temporal hasta ahora inaudito: en el espacio, han logrado captar la molécula entera visualizando los átomos que la integran; en el tiempo, han inmortalizado los movimientos en cuestión de femtosegundos, es decir, en aproximadamente una milésima de una billonésima parte de un segundo.

Los investigadores han inmortalizado los movimientos moleculares en cuestión de aproximadamente una milésima de una billonésima parte de un segundo

“Pasa tan rápido que es difícil de imaginar”, explica desde el ICFO el profesor Jens Biegert, coordinador de la investigación. “Pero si no lo ves, es como si estuvieras ciego a la hora de controlarlo”, ilustra. “Pasó con la talidomida, una molécula que causó importantes problemas sanitarios en los recién nacidos en los años sesenta y setenta, y que después se vio que podía tener dos estructuras moleculares, prácticamente idénticas, pero con mínimas diferencias fruto de la reacción química que la producía. Una de las estructuras era la que causaba estos problemas”, añade.

Láser y electrones

Las claves para revertir esta falta de visión han sido, por un lado, un sofisticado sistema de rayos láser ultra-rápidos y, por el otro, electrones(partículas subatómicas con carga negativa), los cuales pueden llegar a tener un papel muy importante en las reacciones químicas. Y la molécula que ha protagonizado el logro se llama acetileno y es un gas frecuentemente utilizado en el ámbito industrial.

El acetileno está compuesto por dos átomos de hidrógeno y dos de carbono. Al tener un mínimo de tres átomos, ya dispone de las características requeridas para simular de forma simple una reacción química real. Conseguir sus instantáneas ha sido fruto de ocho años de trabajo, que ahora irán seguidos de nuevas fotografías de moléculas más complejas. “Nuestra investigación puede empezar a tener un gran impacto en pocos años, no solo en ciencia básica sino también en el ámbito industrial”, vaticina el científico del ICFO.

Una selfie molecular

El equipo que Biegert lidera califica a estas instantáneas de autofoto o selfie porque son posibles gracias a los electrones de la propia molécula. En concreto, los investigadores “arrancaron” electrones del acetileno tanto para iniciar la reacción química como para conocer la posición de los átomos: “Es como si una de las partes del acetileno fuera lanzada como una piedra al agua y las olas fruto de la caída regresaran, se modelaran al contactar con la molécula y permitieran visualizarla al ser procesadas”, explica el científico.

Una de las consecuencias de la reacción química fue la rotura de uno de los enlaces de la molécula, que quedó dividida en dos partes. Y así, por primera vez, los científicos pudieron también inmortalizar cómo se rompe un enlace molecular.

Hidrocarburos, plásticos, fármacos

“Hoy en día, hay mucho campo que recorrer para sistematizar la creación de sustancias en el ámbito industrial. Poder visualizar las reacciones químicas sería un gran cambio”, avanza Biegert. El coordinador del trabajo publicado en Science apunta que, si efectivamente en los próximos años es posible fotografiar las reacciones en moléculas más complejas que el acetileno, será el momento de traspasar el avance a la industria. “Puede significar una revolución en la fabricación de hidrocarburos, plásticos o fármacos, señala.