Los físicos del Instituto Suizo de Nanociencia y de la Universidad de Basilea han logrado medir las fuerzas muy débiles de van der Waals entre átomos individuales por primera vez. Para ello, fijaron átomos de gases nobles individuales dentro de una red molecular y determinaron las interaccionescon un solo átomo de xenón que habían colocado en la punta de un microscopio de fuerza atómica. Como era de esperar, las fuerzas variaban según la distancia entre los dos átomos, pero, en algunos casos, las fuerzas eran varias veces mayores de lo calculado teóricamente.los hallazgos son reportados por el equipo internacional de investigadores en Comunicaciones de la naturaleza .
Las fuerzas de Van der Waals actúan entre átomos y moléculas no polares. Aunque son muy débiles en comparación con los enlaces químicos, son de naturaleza enormemente significativa. Desempeñan un papel importante en todos los procesos relacionados con la cohesión, la adhesión, la fricción o la condensacióny son, por ejemplo, esenciales para las habilidades de escalada de un gecko.
Las interacciones de Van der Waals surgen debido a una redistribución temporal de electrones en los átomos y las moléculas. Esto ocasiona la formación ocasional de dipolos, lo que a su vez induce una redistribución de electrones en moléculas cercanas. Debido a la formación de dipolos, eldos moléculas experimentan una atracción mutua, lo que se conoce como interacción de van der Waals. Esto solo existe temporalmente pero se vuelve a formar repetidamente. Las fuerzas individuales son las fuerzas de unión más débiles que existen en la naturaleza, pero se suman para alcanzar magnitudes quepodemos percibir muy claramente en la escala macroscópica, como en el ejemplo del gecko.
arreglado dentro del vaso de precipitados nano
Para medir las fuerzas de van der Waals, los científicos de Basilea utilizaron un microscopio de fuerza atómica de baja temperatura con un solo átomo de xenón en la punta. Luego fijaron los átomos individuales de argón, criptón y xenón en una red molecular.se autoorganiza bajo ciertas condiciones experimentales, contiene los llamados nano-vasos de átomos de cobre en los que los átomos de gases nobles se mantienen en su lugar como un huevo de pájaro. Solo con esta configuración experimental es posible medir las pequeñas fuerzas entrepunta de microscopio y átomo de gas noble, ya que una superficie de metal puro permitiría que los átomos de gas noble se deslicen.
en comparación con la teoría
Los investigadores compararon las fuerzas medidas con los valores calculados y las mostraron gráficamente. Como era de esperar de los cálculos teóricos, las fuerzas medidas cayeron drásticamente a medida que aumentó la distancia entre los átomos. Si bien hubo un buen acuerdo entre las formas de curva medidas y calculadas para todosEn el caso de los gases nobles analizados, las fuerzas medidas absolutas fueron mayores de lo esperado de los cálculos según el modelo estándar. Sobre todo para el xenón, las fuerzas medidas fueron mayores que los valores calculados en un factor de hasta dos.
Los científicos están trabajando bajo el supuesto de que, incluso en los gases nobles, se produce una transferencia de carga y, por lo tanto, ocasionalmente se forman enlaces covalentes débiles, lo que explicaría los valores más altos.
El equipo internacional de científicos de Suiza, Japón, Finlandia, Suecia y Alemania utilizó la configuración experimental anterior para medir las fuerzas más pequeñas jamás detectadas entre átomos individuales. Al hacerlo, los investigadores han demostrado que aún pueden avanzarnuevos campos utilizando microscopía de fuerza atómica, que se desarrolló exactamente hace 30 años.
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Materiales proporcionados por Universidad de Basilea . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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