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    Una nueva investigación explica por qué algunas moléculas tienen formas irregulares

    Crédito:Universidad de Vanderbilt

    Siempre hay una razón para la forma en que se forman las moléculas y cómo se forman. Una vez que los investigadores comprenden los enlaces en las moléculas, descubren formas de utilizar los materiales que forman de la mejor manera, desbloquear nuevas innovaciones para la ciencia y la tecnología.

    Pero hay un vínculo que dejó perplejos a los científicos:el vínculo entre algunos tipos de metales y el carbono. Profesor de Química Timothy Hanusa y Ph.D. El estudiante Ross Koby se propuso replicar este tipo único de vínculo utilizando tecnología de modelado.

    "Si pudiéramos conseguir que los modelos moleculares tuvieran la misma forma que las moléculas en la vida real, podríamos entender por qué los enlaces se forman en formas tan irregulares, "Dijo Hanusa.

    Al cambiar los cálculos de modelado e incorporar datos adicionales, el equipo encontró nuevos factores que explican la formación, desafiando las teorías existentes. Recientemente, describieron su hallazgo para el sitio web Science Trends.

    Los enlaces de metal y carbono en cuestión se producen en compuestos que se parecen a las galletas Oreo:en el medio está el metal, y está rodeado a ambos lados por anillos de carbono. Al igual que con una galleta Oreo, los anillos son generalmente paralelos y equilibrados, manteniendo los anillos cargados negativamente lo más lejos posible unos de otros. Pero en algunos de estos compuestos, particularmente con metales de tierras raras como el samario o metales más pesados ​​como el calcio y el estroncio, los anillos se inclinan uno hacia el otro, doblarse para que casi se toquen en un lado.

    En el caso de los metales de las tierras raras, esto se puede explicar por enlaces covalentes:los dos lados de la molécula comparten electrones de un lado a otro, en un patrón como una figura de 8 que se ha doblado en el centro.

    Pero para los metales más pesados ​​con un enlace más iónico, donde los átomos se atraen como dos lados de un imán, los lados cargados negativamente deben repelerse entre sí.

    Los científicos explicaron anteriormente esto con algo llamado fenómeno de interacción de dispersión, lo que significa que incluso los átomos que se repelen en las proximidades en realidad se atraen entre sí a distancias más largas. Es una interacción débil que no siempre se tiene muy en cuenta en la tecnología de modelado.

    Hanusa y Koby probaron esta teoría haciendo grandes cambios en los cálculos de modelado. Primero, utilizaron descripciones más completas de los electrones en los centros metálicos de las moléculas (la crema que llena la galleta) para ver si podrían estar afectando el enlace o causando la curvatura.

    Próximo, utilizaron un nuevo cálculo que está totalmente libre de dispersión. Considerando que los modelos antiguos pueden haber incluido o no el efecto de dispersión, el nuevo modelo anula absolutamente el efecto. De esa manera, los investigadores pueden ejecutar los modelos sin dispersión, y luego vuelva a encenderlo para ver cómo cambia el modelo.

    Lo que encontraron con el nuevo modelo confirmó la teoría de que los enlaces de metales de tierras raras / carbono están en el extremo más covalente del espectro. Estas moléculas se curvaron naturalmente incluso cuando se desactivó el efecto de dispersión.

    Sin embargo, las moléculas de metal pesado / carbono, mostró algo nuevo. Los modelos moleculares se doblaron incluso sin el efecto de dispersión, no tanto como en la vida real, pero lo suficiente para mostrar que los electrones del metal central estaban causando cierta flexión. Cuando el efecto de dispersión también estaba activado, los modelos moleculares se doblaron como lo hacen las moléculas reales. Eso significa que tanto la dispersión como los efectos covalentes hacen que esta molécula se doble.

    Los nuevos cálculos muestran cómo la dispersión y los efectos covalentes pueden trabajar juntos para cambiar la estructura de las moléculas. Esto tiene implicaciones significativas en muchas áreas de la química, desde determinar los puntos de ebullición de los líquidos hasta afectar el plegamiento de proteínas. Gracias a esta nueva investigación, Los científicos ahora pueden describir moléculas con mayor precisión y comprender por qué se comportan y reaccionan de determinadas formas.


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