Un descubrimiento realizado por investigadores de la Universidad de Indiana podría avanzar en el almacenamiento a largo plazo de desechos nucleares, una tarea cada vez más onerosa y costosa para las agencias públicas y privadas que protegen a las personas de estos químicos nocivos.
En un estudio publicado el 14 de septiembre, los científicos informan que han desarrollado un nuevo principio químico con el potencial de revolucionar la creación de moléculas especialmente diseñadas que extraen elementos radiactivos de los desechos nucleares, reduciendo significativamente el volumen de estos materiales peligrosos.También es aplicable a las moléculas creadas para extraer contaminantes químicos del agua y el suelo.
"Este trabajo representa un gran paso adelante en el esfuerzo de diseñar nanoestructuras especialmente diseñadas al proporcionar un método nuevo y altamente preciso para predecir cómo se comportarán estas moléculas en la solución", dijo el autor principal, Amar Flood, profesor en el IU Bloomington CollegeDepartamento de Artes y Ciencias de la Química.
La investigación se informa en un artículo de portada en la revista CHEM .
Flood dijo que el estudio aborda el hecho de que es casi imposible predecir qué tan eficientemente funcionará una molécula diseñada en el mundo real. Esto se debe a que los químicos actualmente solo pueden diseñar moléculas para funcionar de forma aislada, a pesar de que las moléculas existen en combinación- o "en solución" - con otras moléculas. El agua salada, por ejemplo, es una solución de sal en agua.
Comparó la situación con diseñar una máquina en el espacio ultraterrestre y luego colocarla en el fondo del océano. El dispositivo anegado no funcionará igual que el diseño original.
Esto es especialmente grave porque la creación de moléculas artificiales para cumplir una función específica requiere un diseño extremadamente preciso, como construir una cerradura para que se ajuste a una llave. Por ejemplo, una molécula especial desarrollada por el laboratorio de Flood, llamada cianostar, consta de cincored reticulada en forma de estrella de átomos de carbono y nitrógeno con un centro vacío, el "bloqueo", cuya forma específica hace que las moléculas cargadas negativamente, como fosfatos y nitratos, la "clave", se enganchen en el centro y se rompande su host anterior. Si la solución se llena o deforma la cerradura, es posible que la clave ya no funcione.
Las estructuras como la cianostar también se conocen como "moléculas receptoras" porque están especialmente diseñadas para recibir moléculas específicas. Además de lograr la reducción de los desechos nucleares, esta tecnología puede usarse para eliminar el cloruro del agua, una parte del procesose utiliza para convertir el agua de mar en agua dulce, para eliminar el exceso de fertilizantes químicos del suelo o para recolectar iones de litio utilizados en energía renovable.
Con los métodos reportados en el documento, dijo Flood, los químicos pueden comenzar a diseñar nuevas reacciones moleculares con el objetivo final en mente. Específicamente, el nuevo principio encuentra que la atracción entre las moléculas receptoras y las moléculas de iones con carga negativa se basa en el dieléctricoconstante del disolvente en el que se combinan. Una constante dieléctrica es una medida de la capacidad de una sustancia para estabilizar la carga eléctrica.
Para probar su método, el equipo de IU aplicó su principio químico recientemente desarrollado al triazolofano, una molécula diseñada para extraer cloruro de las moléculas circundantes, en combinación con solventes químicos comúnmente utilizados en reacciones para eliminar iones no deseados de otros líquidos.En este caso, los principios descubiertos por el grupo de Flood predijeron con precisión la efectividad de las moléculas.
El investigador principal responsable del método es Yun Liu, un estudiante de doctorado en el laboratorio de Flood.
"El paradigma actual solo funciona para diseños moleculares en la mesa de dibujo, en teoría", dijo Liu. "Pero queremos hacer moléculas que funcionen en la práctica para ayudar a resolver problemas en el mundo real".
El equipo también señaló que la capacidad de predecir con precisión cómo funcionará una molécula en solución ayudará en el desarrollo de simulaciones por computadora altamente precisas para probar rápidamente moléculas diseñadas por ingeniería química diseñadas para lograr efectos específicos.
Los autores adicionales del artículo fueron Krishnan Raghavachari, profesor, y Arkajyoti Sengupta, estudiante de doctorado, ambos en el Departamento de Química de IU Bloomington, responsables del componente computacional del estudio.
Esta investigación fue apoyada por el Departamento de Energía de EE. UU.
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Materiales proporcionado por Universidad de Indiana . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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