abril 19, 2021

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El descubrimiento de la “química destructiva” abre nuevos horizontes en la dinámica de reacción

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La interpretación de un artista de la barrera energética que el átomo de flúor reactivo debe cruzar al chocar con una molécula de fluorometilo en su camino para formar un producto como resultado de una reacción química. Los investigadores de la Universidad de Toronto observaron la extrusión lineal del producto de reacción (encerrado en azul) en una continuación de la dirección de la molécula de reactivo entrante (encerrada en rojo). Crédito: Lady Leung

La investigación de un equipo de químicos de la Universidad de Toronto, dirigido por el investigador ganador del Premio Nobel John Polanyi, arroja nueva luz sobre el comportamiento de las moléculas cuando chocan e intercambian átomos durante una reacción química. Este descubrimiento pone en duda un modelo teórico de 90 años de comportamiento de “transición de estado”, un intermediario entre reactivos y productos en reacciones químicas, abriendo un nuevo campo de investigación.


Los investigadores estudiaron las colisiones obtenidas al liberar un átomo de flúor en el centro de una molécula de fluorometilo, que consta de un átomo de carbono y tres de flúor, y observaron la reacción resultante utilizando microscopía de efecto túnel. Lo que vieron después de cada colisión fue la expulsión de un nuevo átomo de flúor que se movía de forma lineal continua a lo largo de la continuación de la dirección del acercamiento del átomo de flúor entrante.

“Los químicos arrojan moléculas en otras moléculas todo el tiempo para ver qué está pasando o esperar crear algo nuevo”, dice Polanyi, profesor del departamento de química de la Facultad de Artes y Ciencias de la Universidad de Texas y autor principal de un estudio. . Publicado este mes el Química de la comunicación. “Hemos encontrado que dirigir una molécula de reactivo al centro de una molécula diana, restringe el movimiento del producto emergente en una sola línea, como si el producto hubiera sido ‘arrojado’ directamente. La observación sorprendente es que el producto de la reacción aparece en línea recta apuntando, moviéndose en la misma dirección que el átomo de reactivo entrante., Indica que los movimientos que conducen a la reacción son como una simple transferencia de impulso hacia adelante.

“La preservación del momento lineal que observamos aquí indica un ‘estado de transición’ de corta duración, en lugar de la visión anterior de que hay tiempo suficiente para la aleatoriedad del movimiento. Creo que Newton estaba feliz porque la naturaleza permite un pequeño trazo, en un evento para describir algo tan complejo como una reacción química “, dice Polanyi.

Se abre el descubrimiento

Matthew Tim, un estudiante graduado de la Universidad de Toronto, está preparando un microscopio de barrido de túnel para un experimento que controla el resultado de una reacción química eligiendo el parámetro de impacto de las colisiones moleculares. Crédito: Diana Tesco

El equipo, que incluía a la investigadora principal Lady Leung y al estudiante graduado Matthew Tim, Ph.D. El graduado Kelvin Angara había creado previamente un método para controlar si una molécula disparada en otra dirección choca de frente con su objetivo o pierde una cantidad seleccionada, la cantidad conocida como factor de impacto. Cuanto mayor sea el coeficiente de influencia, mayor será la distancia a la que la molécula entrante no alcanza a la molécula objetivo. Para el nuevo trabajo, los investigadores utilizaron un factor de impacto de cero para dar una colisión directa.

“Llamamos ‘knockout’ a este nuevo tipo de reacción química unidimensional, ya que descubrimos que el producto golpeó mientras continuaba la dirección del enfoque del detector”, dice Polanyi. “Los movimientos son como un golpe de bolas de acero en la cuna de Newton. Las bolas de acero en la cuna no se atraviesan entre sí, sino que transmiten el impulso de manera eficiente a lo largo de una sola línea.

Asimismo, nuestras interacciones indirectas transfieren energía a lo largo de filas de MoléculasPor tanto, se prefiere la reacción en cadena. Esta conservación de la energía de reacción en la química complementaria puede ser beneficiosa a medida que el científico avanza hacia la conservación de la energía. Actualmente, es un ejemplo de una reacción química en su forma más simple “.

Se sabe desde hace más de un siglo que existe una barrera energética que los reactivos químicos deben cruzar en su camino para formar productos de reacción. Un estado de transmisión activo está brevemente presente en la parte superior del tabique en una configuración crítica: sin estado de transmisión, sin reacción.

La observación de un “knockout” lineal, dice Polanyi, proporciona información sobre el complejo de colisión reactivo, que persiste durante aproximadamente una millonésima de millonésima de segundo. “Nuestros resultados nos dicen claramente que el estado de transición en la parte superior de la barrera de energía dura un tiempo demasiado corto para desviar completamente su torque. En cambio, recuerda la dirección de donde vino el átomo de flúor atacante”.

En la década de 1930, los químicos comenzaron a calcular la probabilidad de formar un estado de transición asumiendo que distorsiona su energía, como una partícula caliente. Aunque era una hipótesis, parecía estar bien establecida y dio lugar a la “teoría del estado de transición” estadística de las velocidades de reacción. Este sigue siendo el método preferido para calcular las velocidades de reacción.

“Ahora, con la capacidad de monitorizar reactivos y productos a nivel molecular, se puede ver con precisión cómo se acercan los reactivos y, por tanto, cómo se separan los productos”, dice Polanyi. “Pero esto entra en conflicto con el modelo estadístico clásico de 90 años. Si la energía y el impulso se seleccionaran al azar en la condición de transición caliente, los productos no mostrarían una memoria clara de la dirección del enfoque del detector. La aleatorización de energía actuaría para borrar ese recuerdo “.

Los investigadores dicen que el movimiento direccional observado de los productos de reacción favorece un modelo específico de Un estado de transición Reemplazar el modelo estadístico de larga duración. Además, la dinámica de interacción observada permite Detector Energía a transferir en sucesivas colisiones lineales.


Los químicos desarrollan la capacidad de controlar las reacciones químicas.


más información:
Matthew J. Tim et al., Observación directa de la interacción deletérea con la reflexión del paracaídas inducida por la colisión de la variable de efecto cero en la superficie, Química de la comunicación (2021). DOI: 10.1038 / s42004-021-00453-x

Introducción de
Universidad de Toronto

La frase: El descubrimiento de la ‘química indirecta’ abre nuevas fronteras en la dinámica de interacción (2021, 15 de marzo) Recuperado el 15 de marzo de 2021 de https://phys.org/news/2021-03-discovery-knock-on-chemistry- frontier-reaction . html

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