De muchas maneras, Comprender las ecuaciones de la mecánica cuántica en un esfuerzo por predecir lo que sucederá entre reactivos como átomos y moléculas que resulten en fenómenos complejos en química puede ser agotador. y alucinante para muchos. Todavía, sin los conocimientos teóricos, Los químicos experimentales serían en gran parte incapaces de comprender lo que están observando.

Investigadores de la Universidad de Nuevo México, dirigido por el distinguido profesor de química Hua Guo, han estado trabajando con experimentadores para ayudarlos a obtener una comprensión al proporcionar interpretaciones teóricas de observaciones experimentales.

"Cuando los científicos sondean moléculas, ven características espectrales, pero es muy difícil interpretar esas características porque son solo líneas en el espectro, ", dijo Guo." Ahí es donde entramos nosotros y proporcionamos una interpretación teórica de sus observaciones experimentales ".

Uno de estos estudios conjuntos del equipo de Guo se publicó recientemente con un grupo de investigadores de Cal-Berkeley en la prestigiosa revista Química de la naturaleza titulado "Resonancias de Feshbach en el canal de salida del F + CH ₃ OH → HF + CH ₃ O reacción observada usando espectroscopia de estado de transición. "Caracterizar el estado de transición de una reacción ha sido durante mucho tiempo un objetivo para los químicos físicos experimentales y teóricos desde la década de 1930. Esto se debe a que el estado de transición gobierna cómo se forman y se rompen los enlaces químicos durante una reacción química . El estado de transición es un complejo de muy corta duración, solo unos pocos femtosegundos, miles de millones de mil millonésimas de segundos.

"Para controlar una reacción química, tienes que entender cómo avanza a través del estado de transición, "dijo Guo." Tienes que diseñar formas inteligentes de hacer eso ".

Los colaboradores de Guo en Berkeley primero producen un anión estable. Sucede que estos iones negativos suelen tener una geometría muy cercana al estado de transición de las reacciones neutras correspondientes, como se muestra en la figura, los científicos pueden comenzar con este anión y quitar el electrón de estas moléculas usando una luz láser.

"Usas un láser para disparar la molécula y expulsa el electrón, "dijo Guo." Entonces, esta molécula se coloca en el estado de transición y la ves desmoronarse. Así es como detectan el estado de transición. Ven características espectrales, pero es difícil interpretarlos. Ahí es donde entramos nosotros y proporcionamos una interpretación teórica de su observación experimental ".

La química se rige por la mecánica cuántica, para que los científicos resuelvan la ecuación de la mecánica cuántica llamada ecuación de Schrodinger, que es el equivalente de la ecuación de Newton en el mundo pequeño - muy por debajo - electrones, átomos, moléculas - en realidad no siguen la ley de Newton, siguen la ley de Schrodinger, de modo que la teoría es lo que llamamos mecánica cuántica. La interpretación de la mecánica cuántica les brinda a los científicos una gran cantidad de conocimientos.

"De hecho, podemos predecir cómo se ven estos estados cuánticos y eso es lo que ven en el experimento, "Dijo Guo." Resulta que, nuestra teoría realmente puede precisar de dónde provienen los picos espectrales. En este caso, estos picos corresponden a las llamadas resonancias de Feshbach ".

En el segundo artículo titulado, "Codificación de la isomerización de vinilideno en su espectro aniónico, "publicado en otra revista importante Ciencias , el trabajo fue diseñado para comprender la naturaleza mecánica cuántica de un tipo particular de reacción llamada isomerización, donde se pasa de una forma de molécula a otra. El enfoque que adoptó el experimentalista es el mismo que el del otro artículo.

Esta es una reacción unimolecular que involucra a una sola molécula, vinilideno. Lo bueno de esta reacción es que puedes ver los dos hidrógenos conectados con un carbono en un isómero. Con el otro isómero, un hidrógeno está conectado con cada uno de los dos carbonos, así que esa es la reacción. Química Inorgánica, se llama desplazamiento de hidrógeno 1:2.

"Cuando la molécula se isomeriza, de alguna manera, estos dos hidrógenos necesitan moverse alrededor de la estructura de carbono haciendo un movimiento vibratorio. Por tanto, es importante averiguar qué modo vibratorio ayuda a que se produzca esta reacción. Ese es el punto clave. Quizás más interesante, la isomerización no traspasa la barrera, en realidad pasa por debajo de la barrera. Es lo que se llama tunelización, como si hubiera un túnel por donde pasar los átomos de hidrógeno.

"La construcción de túneles es lo que los científicos llaman una propiedad de la mecánica cuántica porque el hidrógeno es muy ligero, es mecánica cuántica, ya veces puede hacer un túnel. Tenemos evidencia que lo demuestra ".

Este problema de isomerización existe desde hace mucho tiempo, Guo explicó. Pero fundamentalmente no se entendió hasta hace muy poco cuando se publicó este artículo.

"Ese es el significado cuando cerramos la brecha y le dijimos a la gente" esto es exactamente lo que sucede:se trata de hacer túneles y de un modo oscilante de la vibración, "Dijo Guo." Me gustaría ver esto como cuando esquías. Subes a una joroba y luego vas todo el camino cuesta abajo. Energéticamente eso es lo que sucede. Lo complicado con las moléculas es que no pasa de la joroba, pasa por debajo y atraviesa túneles. Debido a que estas cosas son mecánicas cuánticas, es un efecto sorprendente ".