Existen múltiples formas de crear modelos bidimensionales y tridimensionales de átomos y moléculas. Con la llegada de aparatos de última generación que pueden obtener imágenes de muestras a escala atómica, los científicos descubrieron que los modelos moleculares tradicionales no se ajustaban a las imágenes que veían. Los investigadores han ideado una mejor manera de visualizar las moléculas que se construyen a partir de estos métodos tradicionales. Sus modelos se ajustan bien a los datos de imágenes que adquieren y esperan que los modelos puedan ayudar a los químicos con su intuición para interpretar imágenes moleculares.

Cualquiera que lea esto probablemente esté familiarizado con los modelos tradicionales de átomos y moléculas de bolas y palos, donde las bolas de diferentes tamaños y colores representan los diversos núcleos atómicos, y los palos representan las propiedades de los enlaces entre los átomos. Aunque estas son herramientas educativas útiles, son mucho más simples que la realidad que reflejan. Los químicos tienden a usar modelos como el modelo Corey-Pauling-Koltun (CPK), que es similar al modelo de bola y palo pero con las bolas infladas para que se superpongan. El modelo CPK les dice a los químicos más sobre la forma en que los componentes de una molécula interactúan mucho mejor que el modelo de bola y palo.

En los últimos años, finalmente se ha hecho posible no solo capturar las estructuras de las moléculas, sino incluso registrar su movimiento e interacciones en videos gracias a tecnologías como la microscopía electrónica de transmisión de resolución atómica (AR-TEM). Esto a veces se llama "ciencia molecular cinematográfica". Sin embargo, es con este salto en nuestra capacidad de visualizar lo invisible que los modelos de bola y palo o CPK se convierten en un estorbo más que en una ayuda. Cuando los investigadores del Departamento de Química de la Universidad de Tokio intentaron adaptar estos modelos a las imágenes que estaban viendo, se encontraron con algunos problemas.

"El modelo de bola y palo es demasiado simple para describir con precisión lo que realmente sucede en nuestras imágenes", dijo el profesor Koji Harano. "Y el modelo CPK, que técnicamente muestra la propagación de la nube de electrones alrededor de un núcleo atómico, es demasiado denso para discernir algunos detalles. La razón es que ninguno de esos modelos demuestra los tamaños reales de los átomos que muestran las imágenes de AR-TEM. "

En las imágenes AR-TEM, el tamaño de cada átomo se correlaciona directamente con el peso atómico de ese átomo, conocido simplemente como Z. Entonces, el profesor Eiichi Nakamura y su equipo optaron por modificar un modelo de bola y palo para que se ajustara a sus imágenes, donde cada núcleo en el modelo se dimensionó de acuerdo con el número Z del núcleo que representa, y se denominó modelo molecular correlacionado con Z (ZC). Mantuvieron el mismo sistema de color utilizado en el modelo CPK, introducido originalmente por los químicos estadounidenses Robert Corey y Linus Pauling en 1952.

"Una imagen vale más que mil palabras, y puedes comparar las imágenes de AR-TEM con la primera fotografía de un agujero negro", dijo Nakamura. "Ambos muestran la realidad como nunca antes se había visto, y ambos son mucho menos claros de lo que la gente probablemente imagina que deberían verse esas cosas. Por eso los modelos son tan importantes, para cerrar la brecha entre la imaginación y la realidad. Esperamos que la correlación molecular Z El modelo ayudará a los químicos a analizar imágenes de microscopio electrónico basadas en la intuición sin siquiera la necesidad de cálculos teóricos, y abrirá un nuevo mundo de 'ciencia molecular cinematográfica'".

El estudio se publica en Proceedings of the National Academy of Sciences . + Explora más

Visualización innovadora de movimientos atómicos