En los días brillantes de verano, la luz del sol a nuestro alrededor se está rompiendo mal al romper enlaces. Enlaces químicos.
La luz ultravioleta rompe los enlaces entre los átomos en el ADN de nuestras células de la piel, lo que puede causar cáncer. La luz ultravioleta también rompe los enlaces de oxígeno, eventualmente crea ozono y elimina el hidrógeno de otras moléculas para dejar radicales libres que pueden dañar los tejidos.
La Universidad de California, Berkeley, los químicos que utilizan algunos de los pulsos láser más cortos disponibles, una quintillonésima de segundo, ahora han podido resolver el proceso paso a paso que conduce a la explosión de un enlace químico, esencialmente haciendouna película del evento. Pueden seguir a los electrones rebotando indecisamente en varios estados de la molécula antes de que el enlace se rompa, y los átomos se van por caminos separados.
La técnica, informada la semana pasada en el diario ciencia , ayudará a los químicos a comprender y potencialmente manipular las reacciones químicas estimuladas por la luz, las llamadas reacciones fotoquímicas. Los químicos y los biólogos, en particular, están interesados en comprender cómo las moléculas grandes logran absorber la energía de la luz sin romper ningún enlace, como sucede cuando las moléculasen el ojo absorbe la luz, dándonos visión, o las moléculas en las plantas absorben la luz para la fotosíntesis.
"Piensa en una molécula, la rodopsina, en el ojo", dijo el primer autor Yuki Kobayashi, estudiante de doctorado de la Universidad de Berkeley. "Cuando la luz golpea la retina, la rodopsina absorbe la luz visible y podemos ver cosas porque la conformación del enlace de la rodopsina cambia"
De hecho, cuando se absorbe la energía de la luz, se desarrolla un vínculo en los giros de rodopsina, en lugar de romperse, desencadenando otras reacciones que resultan en la percepción de la luz. La técnica que desarrollaron Kobayashi y sus colegas de UC Berkeley, profesores Stephen Leone y Daniel Neumark, desarrollaronpodría usarse para estudiar en detalle cómo esta absorción de luz conduce a la torsión después de que la molécula pasa a través de un estado excitado llamado cruce evitado o intersección cónica.
Para evitar la ruptura de un enlace en el ADN, "desea redirigir la energía desde la disociación a solo estar vibratoriamente caliente. Para la rodopsina, desea redirigir la energía para que vibre a una isomerización cis-trans, un giro", Kobayashi"Estas redirecciones de reacciones químicas están ocurriendo ubicuamente a nuestro alrededor, pero no hemos visto el momento real de ellas antes".
pulsos láser rápidos
Los láseres de attosegundo, un attosegundo es una billonésima parte de la billonésima de segundo, han existido durante aproximadamente una década y los científicos los utilizan para investigar reacciones muy rápidas. Dado que la mayoría de las reacciones químicas ocurren rápidamente, estos láseres de pulso rápidoclave para "ver" cómo se comportan los electrones que forman el enlace químico cuando el enlace se rompe y / o reforma.
Leone, profesor de química y física, es un experimentalista que también utiliza herramientas teóricas y es pionero en el uso de láser de attosegundos para sondear reacciones químicas. Tiene seis de estos rayos X y rayos ultravioleta extremos colectivamente, XUVen su laboratorio de UC Berkeley.
Trabajando con una de las moléculas más simples, el monobromuro de yodo IBr, que es un átomo de yodo unido a un átomo de bromo, el equipo de UC Berkeley golpeó las moléculas con un pulso de luz visible de 8 femtosegundos para excitar uno de suselectrones más externos, luego los sondeó con pulsos láser de attosegundos.
Pulsando el láser XUV attosegundo a intervalos de tiempo de 1.5 femtosegundo un femtosegundo es 1,000 attosegundos, al igual que con una luz estroboscópica, los investigadores pudieron detectar los pasos que conducen a la ruptura de las moléculas. El láser XUV de alta energía fue capazpara explorar los estados de energía excitados en relación con los electrones internos de la molécula, que normalmente no participan en las reacciones químicas.
"Estás haciendo una película de las rutas del electrón cuando se acerca al cruce y la probabilidad de que vaya por una ruta o por otra", dijo Leone. "Estas herramientas que estamos desarrollando te permiten ver los sólidos, gases y líquidos, pero necesita escalas de tiempo más cortas proporcionadas por un láser de attosegundo. De lo contrario, solo verá el principio y el final, y no sabrá qué más sucedió en el medio ".
El experimento mostró claramente que los electrones externos de IBr, una vez excitados, de repente ven una variedad de estados o lugares en los que podrían estar y exploran muchos de ellos antes de decidir qué camino tomar. Sin embargo, en esta molécula simple, todos los caminos conducen ael electrón se asienta en yodo o bromo y los dos átomos se separan.
En las moléculas más grandes, que el equipo espera explorar pronto, los electrones excitados tendrían más opciones, algunas donde la energía cambia, como con la rodopsina, o en la vibración molecular sin que las moléculas se rompan.
"En biología, resulta que la evolución ha seleccionado cosas que son extremadamente efectivas para absorber la energía y no romper un vínculo", dijo Leone. "Cuando algo sale mal en tu química es cuando ves enfermedades surgiendo".
Otros coautores del artículo fueron Kristina Chang de UC Berkeley y Tao Zeng de la Universidad de Carleton en Ottawa, Canadá. Leone, la Cátedra John R. Thomas de Química Física y Neumark, profesor de química de UC Berkeley, sontambién científicos de la facultad en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Berkeley . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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