La selección del parámetro de impacto es fundamental para el resultado de la reacción química, como se visualiza aquí basado en experimentos. En el parámetro de impacto cero, la reacción en la parte superior mostró la formación reproducible de un par de moléculas de CF2 unidas en la superficie del cobre. En el segundo evento, en el fondo, una colisión con un parámetro de impacto ligeramente superior (3,6 Angstroms, en lugar de cero), los productos que se muestran a la derecha de la imagen siempre están muy separados, unido químicamente por separado al metal subyacente. Esta también es una reacción química, pero presenta un patrón de reacción diferente con el metal. Se considera que el parámetro de impacto determina la vía de reacción. Esto no se ha demostrado previamente, ya que no fue posible seleccionar el parámetro de impacto. Crédito:Kelvin Anggara y Lydie Leung / Universidad de Toronto
Los científicos de la Universidad de Toronto han encontrado una manera de seleccionar el resultado de la reacción química empleando un factor esquivo y buscado durante mucho tiempo conocido como el "parámetro de impacto".
El equipo de químicos de la U of T, dirigido por el investigador ganador del Premio Nobel John Polanyi, han encontrado un medio para seleccionar el parámetro de impacto o distancia de falla por la cual una molécula de reactivo no alcanza una molécula objetivo, alterando así los productos de la reacción química. Los hallazgos se publican hoy en Avances de la ciencia .
"Los químicos arrojan moléculas a otras moléculas todo el tiempo con la esperanza de hacer algo nuevo, "dice Polanyi, Catedrático de Universidad en el Departamento de Química de la U de T. "En este estudio hemos encontrado una forma de controlar el resultado apuntando una molécula de proyectil a una molécula objetivo, con una precisión de una pequeña fracción del diámetro de la molécula objetivo ".
La dinámica molecular en química se parece mucho a un juego de billar. Al igual que un jugador de billar envía la bola entrante hacia la bola objetivo, los químicos lanzan una molécula hacia otra para producir una reacción química. Sin embargo, esto puede hacerse, ahora está claro, ya sea por casualidad como ha sido la norma, o por diseño, como el nuevo trabajo muestra que es posible.
Anteriormente, la aleatoriedad inherente en los movimientos moleculares ha impedido que los químicos apunten sus moléculas de proyectil a los objetivos químicos, como hacen los jugadores de billar. En lugar de, se han visto obligados a jugar al billar con los ojos vendados.
"A lo largo de los años, los químicos se han vuelto muy buenos jugando al billar con los ojos vendados, usar pelotas pegajosas y lanzarlas fuerte o débilmente, "Dice Polanyi." Pero hemos encontrado una manera de quitarnos la venda de los ojos, y apunte cada disparo ".
Los investigadores lograron esto depositando moléculas en un cristal metálico, luego aplicando una pequeña corriente desde una punta de metal atómicamente afilada a una de las moléculas. Esta adición de energía hizo que una molécula de 'proyectil' se disparara a través de la superficie en línea recta, a lo largo de una de las crestas en forma de riel en el cristal de metal hacia una molécula 'objetivo' cercana presente en el cristal, perdiéndolo por una cantidad controlada.
Diferentes distancias perdidas, llamados 'parámetros de impacto', se mostró de forma reproducible para dar diferentes resultados, es decir diferentes patrones de reacción.
"La superficie cristalina subyacente es nuestra mesa de billar, "dijo Kelvin Anggara, becario postdoctoral en el grupo de investigación de Polanyi y autor principal del estudio. "Aprovechando las ranuras que la naturaleza ha marcado convenientemente en la superficie de los cristales, Descubrimos que podíamos guiar el proyectil molecular viajero para que golpeara el objetivo de frente o en una colisión de mirada que fallara en el objetivo por la cantidad deseada. De esa manera, como en el billar, podemos controlar el resultado de la colisión molecular ".
El profesor Dudley R. Herschbach, profesor de la Universidad de Harvard, Dudley R. Herschbach ha calificado hasta ahora la selección del parámetro de distancia o impacto en colisiones entre moléculas de reactivo como el "fruto prohibido de la dinámica de reacción". con quien Polanyi compartió el Premio Nobel de Química de 1986 junto con Yuan T. Lee. Si bien los descubrimientos hechos por el trío permitieron a los químicos inferir muchas de las fuerzas en juego en una reacción química, el parámetro de impacto ha desafiado el control directo.
Esto es cierto incluso en las famosas condiciones bien controladas de los "haces moleculares cruzados". Con frecuencia se pasa por alto que, aunque las vigas de este elegante método están dirigidas entre sí, las moléculas no lo son. Ahora las moléculas individuales pueden apuntar unas a otras, con bastante precisión.
"Creemos que este es un gran paso adelante en el control de las reacciones químicas, "dijo Anggara, quien realizó el estudio junto con Polanyi, la investigadora asociada principal Lydie Leung y el estudiante graduado Matthew Timm.
