Es un eufemismo decir que las reacciones químicas ocurren en todas partes, constantemente. Tanto en la naturaleza como en el laboratorio, la química es ubicua. Pero a pesar de los avances, sigue siendo un desafío fundamental obtener una comprensión y un control completos de todos los aspectos de una reacción química, como la temperatura y la orientación de las moléculas y átomos que reaccionan.

Esto requiere experimentos sofisticados donde todas las variables que definen cómo se acercan dos reactivos, y finalmente reaccionar con, los unos a los otros pueden ser elegidos libremente. Controlando cosas como la velocidad y la orientación de los reactivos, los químicos pueden estudiar los detalles más finos de un mecanismo de reacción particular.

En un nuevo estudio, un equipo dirigido por Andreas Osterwalder en el Instituto de Ciencias Químicas e Ingeniería de EPFL, trabajando con teóricos de la Universidad de Toronto, han construido un aparato que les permite controlar la orientación y las energías de los átomos que reaccionan, hasta casi el cero absoluto. "Es la formación más fría de un enlace químico jamás observada en haces moleculares, "dice Osterwalder. Un rayo molecular es un chorro de gas dentro de una cámara de vacío, de uso frecuente en espectroscopia y estudios de química fundamental.

Los científicos han utilizado dos de estos haces que se fusionan en un solo haz para estudiar la quimiionización, un proceso fundamental de transferencia de energía que se utiliza en varias aplicaciones, p.ej. en espectrometría de masas. Durante la quimiionización, un átomo o molécula en fase gaseosa reacciona con otro átomo o molécula en un estado excitado y crea un ion. La identidad del ion resultante depende de la reacción, se puede formar un nuevo vínculo durante la colisión, resultando en un ion molecular, o de lo contrario se puede formar un ion atómico

Los investigadores estudiaron la reacción entre dos gases:un átomo de neón excitado y un átomo de argón. Su aparato contiene un par de imanes solenoides que se utilizan para sintonizar con precisión la dirección de un campo magnético en el que tiene lugar la reacción. lo que permitió a los investigadores controlar la orientación real de los dos átomos entre sí. "Aunque los átomos a menudo se representan como bolas diminutas, normalmente no son objetos esféricos, "dice Osterwalder." Exactamente porque no lo son, tienen orientaciones específicas, y esto puede afectar su reactividad ".

Pero a pesar de que el experimento pudo controlar la orientación que a su vez controló la cantidad de iones atómicos vs moleculares formados a partir de la quimiionización, los investigadores encontraron que por debajo de una temperatura de alrededor de 20 Kelvin (-253,15 ° C), las fuerzas interatómicas tomaron el control y los átomos se reorientaron independientemente del campo aplicado.

"Esta es la primera vez que alguien hace esto a una temperatura tan baja, "dice Osterwalder." Con este nivel de control, podemos estudiar algunos de los modelos más fundamentales en el núcleo de la química, como la relación entre orientación y reactividad ".