Un descubrimiento de investigadores de la Universidad de Indiana podría impulsar el almacenamiento a largo plazo de desechos nucleares, una tarea cada vez más onerosa y costosa para las agencias públicas y privadas que protegen a las personas de estos químicos dañinos.

En un estudio publicado el 14 de septiembre, los científicos informan que han desarrollado un nuevo principio químico con el potencial de revolucionar la creación de moléculas especialmente diseñadas que extraen elementos radiactivos de los desechos nucleares, reduciendo significativamente el volumen de estos materiales peligrosos. El método también es aplicable a moléculas creadas para extraer contaminantes químicos del agua y el suelo.

"Este trabajo representa un gran paso adelante en el esfuerzo por diseñar nanoestructuras especialmente diseñadas al proporcionar una nueva, método de alta precisión para predecir cómo se comportarán estas moléculas en solución, "dijo el autor principal Amar Flood, profesor del Departamento de Química del IU Bloomington College of Arts and Sciences.

La investigación se informa en un artículo de portada de la revista. Chem .

Flood dijo que el estudio aborda el hecho de que es casi imposible predecir qué tan eficientemente funcionará una molécula diseñada en el mundo real. Esto se debe a que los químicos actualmente solo pueden diseñar moléculas para que funcionen de forma aislada, a pesar de que las moléculas existen en combinación, o "en solución", con otras moléculas. Agua salada, por ejemplo, es una solución de sal en agua.

Comparó la situación con diseñar una máquina en el espacio exterior y luego colocarla en el fondo del océano. El dispositivo empapado no funcionará igual que el diseño original.

Esto es especialmente grave porque la creación de moléculas artificiales para una función específica requiere un diseño extremadamente preciso, como construir una cerradura para que quepa en una llave. Por ejemplo, una molécula especial desarrollada por el laboratorio de Flood, llamado cianoestrella, Consiste en una red de cinco lados en forma de estrella de átomos de carbono y nitrógeno con un centro vacío, el "candado", cuya forma específica hace que las moléculas cargadas negativamente, como fosfatos y nitratos, la "llave", se atrapen en el centro y se rompan. fuera de su anfitrión anterior. Si la solución llena o deforma la cerradura, es posible que la clave ya no funcione.

Las estructuras como la cianoestrella también se conocen como "moléculas receptoras" porque están especialmente diseñadas para recibir moléculas específicas. Además de lograr la reducción de desechos nucleares, Esta tecnología se puede utilizar para eliminar el cloruro del agua, una parte del proceso utilizado para convertir el agua de mar en agua dulce, para eliminar el exceso de fertilizantes químicos del suelo. o para recolectar iones de litio utilizados en energía renovable.

Con los métodos informados en el documento, Flood dijo, Los químicos pueden comenzar a diseñar nuevas reacciones moleculares con el objetivo final en mente. Específicamente, El nuevo principio encuentra que la atracción entre las moléculas receptoras y las moléculas de iones cargadas negativamente se basa en la constante dieléctrica del solvente en el que se combinan. Una constante dieléctrica es una medida de la capacidad de una sustancia para estabilizar la carga eléctrica.

Para probar su método, El equipo de IU aplicó su principio químico recientemente desarrollado al triazolofano, una molécula diseñada para extraer cloruro de las moléculas circundantes, en combinación con solventes químicos comúnmente usados ​​en reacciones para eliminar iones no deseados de otros líquidos. En cada caso, los principios descubiertos por el grupo de Flood predijeron con precisión la eficacia de las moléculas.

El investigador principal responsable del método es Yun Liu, un doctorado estudiante en el laboratorio de Flood.

"El paradigma actual solo funciona para diseños moleculares en la mesa de dibujo, En teoria, ", dijo Liu." Pero queremos hacer moléculas que funcionen en la práctica para ayudar a resolver problemas en el mundo real ".

El equipo también señaló que la capacidad de predecir con precisión cómo funcionará una molécula en solución ayudará en el desarrollo de simulaciones por computadora de alta precisión para probar rápidamente moléculas diseñadas químicamente diseñadas para lograr efectos específicos.