Los físicos de la UCLA han sido pioneros en un método para crear una nueva molécula única que eventualmente podría tener aplicaciones en medicina, ciencias de los alimentos y otros campos. Su investigación, que también muestra cómo se pueden estudiar las reacciones químicas a escala microscópica utilizando herramientas de física, esreportado en el diario ciencia .
Durante los últimos 200 años, los científicos han desarrollado reglas para describir las reacciones químicas que han observado, incluidas las reacciones en alimentos, vitaminas, medicamentos y organismos vivos. Una de las más ubicuas es la "regla del octeto", que establece que cadaEl átomo en una molécula producida por una reacción química tendrá ocho electrones en órbita externa los científicos han encontrado excepciones a la regla, pero esas excepciones son raras.
Pero la molécula creada por el profesor de la UCLA Eric Hudson y sus colegas viola esa regla. El bario-oxígeno-calcio, o BaOCa +, es la primera molécula observada por los científicos que se compone de un átomo de oxígeno unido a dos átomos metálicos diferentes.
Normalmente, un átomo de metal bario o calcio puede reaccionar con un átomo de oxígeno para producir una molécula estable. Sin embargo, cuando los científicos de UCLA agregaron un segundo átomo de metal a la mezcla, una nueva molécula, BaOCa +, que ya no satisfacela regla del octeto se había formado.
Ya se han observado otras moléculas que violan la regla del octeto, pero el estudio de UCLA se encuentra entre los primeros en observar una molécula de este tipo utilizando herramientas de la física, a saber, láseres, trampas de iones y trampas de átomos ultrafríos.
El laboratorio de Hudson usó luz láser para enfriar pequeñas cantidades de átomos y moléculas reactivos a una temperatura extremadamente baja, una milésima de grado por encima del cero absoluto y luego levitarlos en un espacio más pequeño que el ancho de un humanocabello, dentro de una cámara de vacío. Bajo estas condiciones altamente controladas, los científicos pudieron observar las propiedades de los átomos y las moléculas que de otro modo estarían ocultos a la vista, y las "herramientas físicas" que usaron les permitieron contener una muestra de átomos y observar químicosreacciones una molécula a la vez.
Las temperaturas ultra frías utilizadas en el experimento también se pueden utilizar para simular la reacción como ocurriría en el espacio exterior. Eso podría ayudar a los científicos a comprender cómo surgieron ciertas moléculas complejas, incluidas algunas que podrían ser precursoras de la vida.espacio, dijo Hudson.
Los investigadores descubrieron que cuando reunían metóxido de calcio y bario dentro de su sistema en condiciones normales, no reaccionaban porque los átomos no podían encontrar una manera de reorganizarse para formar una molécula estable. Sin embargo, cuando los científicos utilizaron unláser para cambiar la distribución de los electrones en el átomo de calcio, la reacción continuó rápidamente, produciendo una nueva molécula, CaOBa +.
El enfoque es parte de un nuevo subcampo de química inspirado en la física que utiliza las herramientas de la física ultrafría, como los láseres y el electromagnetismo, para observar y controlar cómo y cuándo ocurren las reacciones de una sola partícula.
El estudiante graduado de UCLA Prateek Puri, el investigador principal del proyecto, dijo que el experimento demuestra no solo cómo se pueden usar estas técnicas para crear moléculas exóticas, sino también cómo se pueden usar para generar reacciones importantes. El descubrimiento podría finalmente usarse para crearnuevos métodos para preservar los alimentos al prevenir reacciones químicas no deseadas entre los alimentos y el medio ambiente o desarrollar medicamentos más seguros al eliminar las reacciones químicas que causan efectos secundarios negativos.
"Experimentos como estos allanan el camino para desarrollar nuevos métodos para controlar la química", dijo Puri. "Estamos esencialmente creando 'botones' para las reacciones".
Hudson dijo que espera que el trabajo aliente a otros científicos a reducir aún más la brecha entre la física y la química, y a demostrar que las moléculas cada vez más complejas pueden estudiarse y controlarse. Agregó que una de las claves del éxito del nuevo estudio fue la participaciónde expertos de diversos campos: físicos experimentales, físicos teóricos y un químico físico.
Un jugador clave en la investigación ya se está haciendo un nombre en Hollywood. Un dispositivo llamado espectrómetro de masas integrado de trampa de iones-tiempo de vuelo, que fue inventado por el laboratorio de Hudson y que se utilizó para descubrir la reacción -- apareció en un episodio reciente de la comedia "The Big Bang Theory".
"El dispositivo nos permite detectar e identificar los productos de las reacciones en el nivel de una sola partícula, y para nosotros, realmente ha sido un puente entre la química y la física", dijo Michael Mills, un estudiante graduado de la UCLA que trabajó en elproyecto "Estamos encantados de verlo recogido por el programa"
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Los Ángeles . Original escrito por Stuart Wolpert. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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