Una muñeca en una muñeca y luego uno más, envolviéndolos desde el exterior, así es como Thomas Faessler explica su molécula. Empaqueta un átomo en una jaula dentro de un marco de átomo. Con sus grandes superficies, estas estructuras pueden servir como catalizadores de gran eficacia. Al igual que en el juguete de madera ruso, un casco de doce átomos de cobre encierra un solo átomo de estaño. Este casco es, Sucesivamente, envuelto por 20 átomos de estaño más. El grupo de trabajo del profesor Faessler en el Instituto de Química Inorgánica de la Technische Universitaet Muenchen (Alemania) fue el primero en generar estas estructuras espaciales construidas en tres capas como grupos metálicos aislados en aleaciones de bronce.

Particularmente fascinantes son las imágenes que utilizan los investigadores para explicar estos compuestos químicos y sus propiedades. En el laboratorio, la sustancia no es impresionante, multa, polvo negro grisáceo, sin embargo, los modelos de estructura están en color y en varias formas anidadas. Estos polvos, con sus grandes superficies, son interesantes como paso intermedio para los catalizadores que transfieren hidrógeno, por ejemplo. Se podrían usar estructuras similares hechas de silicio en células solares para capturar la luz del sol de manera más efectiva.

La mayoría de la gente ve los metales como materiales uniformes con una estructura poco espectacular. Los compuestos metálicos del instituto de Faessler son todo lo contrario. Su escritorio está repleto de varios modelos de jaulas multicolores con esferas amarillas que representan átomos de cobre y azules para el estaño. La analogía con las esferas de carbono que causaron sensación como Buckyballs no puede pasarse por alto. Aquí, también, hay estructuras geométricas formadas por triángulos, pentágonos y hexágonos. Sin embargo, no están hechos de carbono:metales más pesados ​​como el estaño y el plomo también pueden formar estructuras de jaulas aisladas.

"Básicamente, nos interesan las estructuras de aleación que están fuera de lo común, "dice Faessler. Bronce, por ejemplo:esta mezcla de cobre y estaño, que fue descubierto temprano y prestó su nombre a toda una era de la humanidad, tiene una estructura cristalina; los átomos de los dos componentes se distribuyen uniformemente por todo el cristal y están densamente empaquetados.

Los nuevos bronces del laboratorio Faessler son diferentes. La candidata al doctorado Saskia Stegmaier fundió una forma particularmente pura de alambre de cobre y granulado de estaño en condiciones especiales, protegido del aire y la humedad en una atmósfera de argón. El bronce producido de esta manera se selló luego en un metal alcalino como potasio en una ampolla hecha de tántalo. El punto de fusión del tantalio es 3, 000 grados Celsius, haciéndolo particularmente adecuado como recipiente para mezclar otros metales en contacto entre sí.

Así es como se agrupan los nuevos grupos de metales, anidados uno dentro del otro como la muñeca rusa, llego a existir. Cuando el bronce se calienta, junto con potasio o sodio, de 600 a 800 grados Celsius, los metales alcalinos actúan como tijeras que cortan la rejilla de aleación y luego se abren paso entre las piezas, estabilizando así los cúmulos atómicos aislados. En su propia, estos grupos no pueden organizarse en densos, Capas uniformemente estructuradas para formar cristales. Están formados por pentágonos con 20 átomos de estaño en total, una constelación en la que los patrones repetitivos no son posibles en condiciones normales. Pero "hacer trampa" un poco y usar átomos de potasio como pegamento puede producir un cristal aparentemente normal. El año pasado, el científico israelí Dan Shechtman recibió el Premio Nobel de Química por el descubrimiento de un fenómeno similar:los llamados cuasicristales con simetría quíntuple.

"Nuestros clústeres son unidades pequeñas. Son, por así decirlo, montones de átomos que no están conectados a sus vecinos ". Eso los hace ideales para aplicaciones catalíticas:" Debido a que son consistentes en tamaño, "explica Faessler, "Son mucho mejores dirigiendo reacciones químicas que los catalizadores clásicos". Reacciones de hidratación en las que los átomos de hidrógeno se acoplan a cadenas de moléculas orgánicas con átomos de oxígeno, p.ej. en la síntesis de aromas artificiales, son ejemplos de tales procesos. Típicamente, Para ello se utilizan metales preciosos caros como el rodio. Sin embargo, nuevas aleaciones polares con magnesio, el cobalto y el estaño pueden servir para el mismo propósito. "Lo que necesitamos para una reacción eficiente es un catalizador con una superficie muy grande". El método clásico para lograr esto es mezclar soluciones de dos sales metálicas para precipitar nanopartículas extremadamente pequeñas. "Esto da como resultado un espectro completo de tamaños de partículas, "explica Faessler. Con los grupos de metales podemos adaptar el catalizador a nuestras necesidades, como si fuera."

Sin embargo, El recipiente de reacción de Stegmaier y Faessler contenía más sorpresas. Aparte de los grupos, los científicos notaron un material parecido a una fibra, como agujas delgadas, cuyos extremos podían doblarse un poco. "Sospechamos, "dice Stegmaier, "Esto podría resultar emocionante". Mientras tanto, se ha mejorado el rendimiento de las fibras utilizando sodio como tijeras para cortar el bronce. Esta vez el resultado no fueron esferas, pero varillas multicapa. En el medio hay una cadena de átomos de estaño, rodeado por una capa de átomos de cobre, y alrededor de ese otro tubo de átomos de estaño. Así como las moléculas huecas de Matryoshka recuerdan a las Buckyballs, las nuevas fibras con sus tubos son similares a los nanotubos de carbono. Análogamente, tales fibras podrían algún día usarse como alambres moleculares con diversas propiedades eléctricas.