Ruidosos, turbios o esféricos, los orbitales electrónicos muestran dónde y cómo se mueven los electrones alrededor de los núcleos atómicos y las moléculas. En la química y la física modernas, han demostrado ser un modelo útil para la descripción mecánica cuántica y la predicción de reacciones químicas. Solo si los orbitales coinciden en espacio y energía pueden combinarse; esto es lo que sucede cuando dos sustancias reaccionan químicamente entre sí. Además, hay otra condición que debe cumplirse, como han descubierto ahora los investigadores del Forschungszentrum Jülich y la Universidad de Graz:el curso de las reacciones químicas también parece depender de la distribución orbital en el espacio de momento. Los resultados se publicaron en la revista Nature Communications .

En última instancia, las reacciones químicas no son más que la formación y ruptura de enlaces de electrones, que también pueden describirse como orbitales. La llamada teoría de los orbitales moleculares permite predecir la trayectoria de las reacciones químicas. Los químicos Kenichi Fukui y Roald Hoffmann recibieron el Premio Nobel en 1981 por simplificar enormemente el método, lo que condujo a su uso y aplicación generalizados.

"Por lo general, se analizan la energía y la ubicación de los electrones. Sin embargo, utilizando el método de tomografía por fotoemisión, observamos la distribución del momento de los orbitales", explica el Dr. Serguei Soubatch. Junto con sus colegas del Instituto Peter Grünberg (PGI-3) en Jülich y la Universidad de Graz en Austria, adsorbió varios tipos de moléculas en superficies metálicas en una serie de experimentos y mapeó el momento medido en el llamado espacio de momento. .

"La fotoemisión de muchas moléculas diferentes en los metales que medimos también se puede predecir teóricamente. Como modelo, uno simplemente usa la molécula libre que no interactúa con el metal. Pero cuando medimos los oligofenilos en el cobre, de repente nos dimos cuenta de que el resultado experimental difería significativamente de las predicciones teóricas. Ciertas partes del espacio de impulso permanecieron desocupadas", dijo Soubatch. Estas regiones de momento coinciden con los espacios de banda conocidos de los estados electrónicos que normalmente ocurren en los metales nobles. Y uno de los materiales involucrados, el cobre, también es un metal tan noble.

Para el trabajo, los investigadores realizaron experimentos en el Sincrotrón Elettra en Trieste, Italia. Allí, un consorcio internacional liderado por Forschungszentrum Jülich opera el espectroscopio NanoESCA en una línea de luz, que contiene un microscopio electrónico de fotoemisión para mediciones tomográficas orbitales. El trabajo se llevó a cabo en colaboración con el Prof. Michael. G. Ramsey y el teórico Prof. Peter Puschnig de la Universidad de Graz. Con sus simulaciones mecánicas cuánticas para todo el sistema interactivo:moléculas y superficie metálica, Peter Puschnig proporcionó la clave para explicar el criterio de selección recién descubierto. + Explora más

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