Los científicos están constantemente buscando la fuente de cosas como el origen del universo, materia o vida. Científicos del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE), en colaboración con el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) y varias otras universidades, han demostrado una forma de detectar experimentalmente el aspecto más oculto de todas las reacciones químicas:el estado de transición de duración extremadamente corta que se produce al iniciarse. Este descubrimiento fundamental podría ser fundamental para obtener la capacidad de predecir y controlar externamente los resultados de los procesos químicos.

"El estado de transición es clave en toda la química porque controla los productos de las reacciones moleculares, "dijo Kirill Prozument, autor principal y químico de la división de Ingeniería y Ciencias Químicas de Argonne. Armados con un conocimiento más completo de ciertas reacciones químicas a partir del estado de transición, los investigadores podrían mejorar los procesos industriales que implican la producción de enormes cantidades de una sustancia química, ahorrando enormes cantidades de energía y dinero, además de reducir el desperdicio. El mismo principio también podría encontrar aplicación en la síntesis de nuevos medicamentos que salvan vidas.

La vida de esta fase de transición es breve, tan corto como cuadrillonésimas de segundo. El problema ha sido que no ha sido posible observar experimentalmente la estructura de este estado fugaz ni siquiera extraer suficientes detalles sobre él de forma indirecta a partir de los productos químicos creados por él. hasta ahora.

"Los físicos no pueden observar directamente el Big Bang, que sucedió hace casi 14 mil millones de años, o el estado de transición que condujo a la formación de nuestro universo, "explicó Prozument." Pero pueden medir varios mensajeros restantes del Big Bang, como la distribución actual de la materia, y así descubrir muchas cosas sobre el origen y la evolución de nuestro universo. Un principio similar se aplica a los químicos que estudian reacciones ".

Para este logro es fundamental la técnica experimental del equipo, espectroscopia de onda milimétrica de pulso chirrido, lo que permite la caracterización de múltiples estados de transición en competencia sobre la base de las moléculas vibracionalmente excitadas que resultan en las secuelas inmediatas de una reacción. Esta técnica no tiene rival en su precisión para determinar la estructura molecular y resolver las transiciones que se originan a partir de diferentes niveles de energía vibratoria de las moléculas del producto.

Muchas manos contribuyeron al refinamiento de esta técnica experimental para expandir su alcance desde el microondas a la región milimétrica, incluidos Prozument y Robert Field, el profesor Robert T. Haslam y Bradley Dewey de química en el MIT y autor principal del estudio.

Con esta poderosa técnica, el equipo analizó la reacción entre el cianuro de vinilo y la luz ultravioleta producida por un láser especial, que forma varios productos que contienen hidrógeno, carbono y nitrógeno. Pudieron medir las energías vibratorias asociadas con las moléculas de producto recién formadas y las fracciones de moléculas en varios niveles vibratorios. El primero indica las amplitudes de los átomos dentro de una molécula que se mueven entre sí. Este último proporciona información sobre la geometría de grupos de átomos en el estado de transición a medida que dan a luz a una molécula de producto; en este caso, el grado de excitación por flexión en el ángulo de enlace entre el hidrógeno, átomos de carbono y nitrógeno. Basado en sus medidas, El equipo identificó dos estados de transición que gobiernan diferentes vías por las cuales la molécula de cianuro de hidrógeno (HCN) cobra vida a partir de la reacción.

"Nuestro trabajo demuestra que la técnica experimental funciona en principio, "Dice Prozument." El siguiente paso será aplicarlo a reacciones más complejas y diferentes moléculas ". El trabajo del equipo podría tener un día un gran impacto en el campo de la química.

El artículo titulado "Estados de transición de fotodisociación caracterizados por espectroscopia de onda milimétrica de pulso chirrido" apareció el 7 de enero de Edición 2020 de la procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias .