La identificación de nuevos enlaces químicos es crucial para el diseño de nuevas estructuras de materiales. Un equipo dirigido por Jani Kotakoski en la Universidad de Viena y Jannik Meyer en la Universidad de Tübingen ha encontrado nuevas configuraciones inesperadas de oxígeno y nitrógeno en el grafeno. Las imágenes directas de los átomos reales y el análisis de los hallazgos se publicaron en la reconocida revista. Comunicaciones de la naturaleza .

La vida tal como la conocemos se basa en solo un puñado de diferentes tipos de átomos (llamados elementos), entre ellos el carbono, nitrógeno y oxígeno. Lo que permite la complejidad de la vida es la capacidad de los átomos de conectarse entre sí a través de enlaces químicos para formar estructuras más grandes. Conocer las posibles estructuras de enlace permite a los científicos comprender los componentes básicos de la vida y diseñar estructuras completamente nuevas.

Cada tipo de átomo puede formar un número característico de enlaces dependiendo del número de electrones disponibles. Respectivamente, Los libros de texto de química dicen que el carbono puede tener hasta cuatro enlaces, nitrógeno hasta tres, y oxígeno solo uno o dos. Ahora, un equipo dirigido por Jani Kotakoski en la Universidad de Viena y Jannik Meyer en la Universidad de Tübingen (anteriormente Universidad de Viena), ha estudiado la unión de un gran número de átomos de nitrógeno y oxígeno utilizando microscopía electrónica de transmisión de barrido de última generación. Esto fue posible al incrustar los átomos en el material de carbono de un átomo de espesor, grafeno.

Se descubrió que los átomos de nitrógeno y oxígeno se unían a sus vecinos en una rica variedad de configuraciones. En la mayor parte, el estudio confirmó la imagen del libro de texto, que ahora podría mostrarse con imágenes directas de átomos reales:los átomos de nitrógeno estaban unidos a dos o tres átomos de carbono, mientras que la mayoría de los átomos de oxígeno tenían dos vecinos de carbono. "Lo que realmente nos sorprendió, sin embargo, fue la presencia adicional de estructuras con oxígeno unido a tres vecinos de carbono, "dice Christoph Hofer, el autor principal del estudio que se publicó recientemente en la reconocida revista Comunicaciones de la naturaleza . "Hasta ahora, la excepción del oxígeno con tres enlaces solo se conocía en un estado inusual de alta carga, conocido como oxonio, que es difícil de estabilizar, ", explica. Esto contrasta con el estudio actual, donde las estructuras eran notablemente estables permitiendo su imagen en el microscopio. El estudio también reveló una configuración de "oxígeno emparejado" donde dos átomos de oxígeno ocupan sitios vecinos en la red de grafeno pero no crean un enlace. Además de proporcionar nuevos conocimientos sobre los componentes básicos de la vida, estas nuevas configuraciones de unión también pueden conducir al desarrollo de nuevos materiales.

En general, el estudio proporciona una descripción general completa de las diferentes configuraciones de unión para nitrógeno y oxígeno, ilustrado directamente a través de imágenes de los átomos individuales. Si bien el concepto de libro de texto de unión por carbono, el nitrógeno y el oxígeno se confirmaron en su mayor parte, Estos elementos comunes, obviamente, todavía pueden producir sorpresas después de décadas de estudio.