Los físicos de UCLA han sido pioneros en un método para crear una nueva molécula única que eventualmente podría tener aplicaciones en medicina. ciencia de los alimentos y otros campos. Su investigación, que también muestra cómo se pueden estudiar las reacciones químicas a escala microscópica utilizando herramientas de la física, se informa en la revista Ciencias .

Durante los últimos 200 años, los científicos han desarrollado reglas para describir las reacciones químicas que han observado, incluyendo reacciones en los alimentos, vitaminas, medicamentos y organismos vivos. Uno de los más omnipresentes es la "regla del octeto, "que establece que cada átomo de una molécula que es producido por una reacción química tendrá ocho electrones en órbita exterior. (Los científicos han encontrado excepciones a la regla, pero esas excepciones son raras).

Pero la molécula creada por el profesor de UCLA Eric Hudson y sus colegas viola esa regla. Bario-oxígeno-calcio, o BaOCa +, es la primera molécula jamás observada por científicos que está compuesta por 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 cumplía la regla del octeto, había sido formado.

Otras moléculas que violan la regla del octeto se han observado antes, pero el estudio de UCLA es uno de 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 hacerlos levitar en un espacio más pequeño que el ancho de un cabello humano. dentro de una cámara de vacío. En estas condiciones altamente controladas, los científicos pudieron observar las propiedades de los átomos y moléculas que de otro modo estarían ocultas a la vista, y las "herramientas físicas" que utilizaron les permitieron contener una muestra de átomos y observar las reacciones químicas de 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 ciertas moléculas complejas, incluidos algunos que podrían ser precursores de la vida, llegó a existir en el espacio, Dijo Hudson.

Los investigadores encontraron que cuando reunieron calcio y metóxido de bario dentro de su sistema en condiciones normales, no reaccionarían porque los átomos no pudieron encontrar una manera de reorganizarse para formar una molécula estable. Sin embargo, cuando los científicos usaron un láser para cambiar la distribución de los electrones en el átomo de calcio, la reacción procedió rápidamente, produciendo una nueva molécula, CaOBa +.

El enfoque es parte de un nuevo subcampo de la química inspirado en la física que utiliza las herramientas de la física ultra fría, como los láseres y el electromagnetismo, para observar y controlar cómo y cuándo ocurren las reacciones de una sola partícula.

Prateek Puri, estudiante de posgrado de UCLA, el investigador principal del proyecto, dijo que el experimento demuestra no solo cómo se pueden utilizar estas técnicas para crear moléculas exóticas, sino también cómo se pueden utilizar para diseñar reacciones importantes. En última instancia, el descubrimiento podría usarse para crear nuevos métodos para conservar los alimentos (evitando reacciones químicas no deseadas entre los alimentos y el medio ambiente) o desarrollando medicamentos más seguros (eliminando las reacciones químicas que causan efectos secundarios negativos).

"Experimentos como estos allanan el camino para desarrollar nuevos métodos para controlar la química, ", Dijo Puri." Básicamente, estamos creando 'botones' para las reacciones ".

Hudson dijo que espera que el trabajo anime a otros científicos a reducir aún más la brecha entre la física y la química. y demostrar que se pueden estudiar y controlar moléculas cada vez más complejas. Añadió que una de las claves del éxito del nuevo estudio fue la participación de expertos de diversos campos:físicos experimentales, físicos teóricos y físico-químico.

Un actor clave en la investigación ya se está haciendo un nombre en Hollywood. Un dispositivo llamado espectrómetro de masas integrado con trampa de iones y 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 de situación "The Big Bang Theory".

"El dispositivo nos permite detectar e identificar los productos de 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 UCLA que trabajó en el proyecto. "Estuvimos encantados de verlo recogido por el programa".