Wednesday, May 16, 2007

Femtoquimica


El Premio Nobel de Química de 1999 fue entregado al químico Ahmed Zewail por sus trabajos en el estudio ultrarrápido de reacciones químicas. Los trabajos de Zewail exploran un dominio de tiempo que baja hasta el femtosegundo y abren una perspectiva nueva en el estudio de reacciones químicas, un campo que ya es designado con un nombre ad hoc: "femtoquímica"

La mayoría de las transformaciones químicas globales complejas, como puede ser la fotosíntesis, las vías metabólicas en general o los procesos industriales, tiene lugar a través de varios pasos de reacción en los que los productos de una etapa son los reactivos de la siguiente. En estas transformaciones, cada etapa es una reacción química elemental en la que se rompen algunas uniones químicas y se forman otras, generando una cantidad de especies intermediarias, inestables, que finalmente se transforman en los productos estables o en productos secundarios. Los intermediarios de reacción tienen una importancia enorme en la determinación del curso de una reacción química porque son las especies más reactivas. En una mezcla reaccionante se hallan en muy pequeña concentración (alrededor de un millón de veces más diluidos que los reactivos o los productos) y tienen un tiempo de vida muy pequeño (entre 1 ms y 1 ps). Conocer cuáles son y poder controlar la reactividad de los intermediarios de reacción, desde el punto de vista práctico, es la forma más eficaz de tener control sobre una reacción química y proporciona información y respuestas sobre el comportamiento de la materia, desde el punto de vista básico. Todas las reacciones químicas tienen una característica en común: en el proceso de ruptura y formación de uniones, se pasa por un estado de energía máxima, como la cima de una montaña en el espacio de la energía, que corresponde a los que se llama el complejo activado, una supermolécula formada por todos los átomos que participan de la reacción y cuya descomposición determina los productos que se forman. El complejo activado es el nudo más importante de toda reacción química. Su observación directa no se había logrado hasta los trabajos de Zewail y los científicos que trabajan en la "femtoquímica".

Los estudios directos sobre intermediarios de reacción comienzan en la década de 1950 con los trabajos de George Porter y Richard Norrish, en Inglaterra, y de Manfred Eigen, en Alemania. Estos científicos obtuvieron el Premio Nobel de Química en 1967 por sus trabajos en la detección e identificación de intermediarios de reacciones químicas en los intervalos de milisegundos a microsegundos. Con posterioridad, en las décadas de 1960 y 1970 se pudo acelerar la detección y mejorar la sensibilidad para estudiar reacciones que tienen lugar en el nanosegundo y el picosegundo. Estos estudios básicos permitieron, entre otras cosas, detectar, caracterizar y conocer el origen de radicales libres y especies reactivas del oxígeno potencialmente peligrosas para la salud y los mecanismos químicos de su neutralización, investigar los procesos químicos atmosféricos, como la producción y destrucción de ozono, develar el mecanismo de la fotosíntesis en particular y de los procesos de transferencia de electrones en general, que abarcan áreas como el almacenamiento de la información y la energía.

Todos estos estudios permiten conocer la identidad química de los intermediarios de reacción e inferir así el camino que siguen los átomos en su reordenamiento entre los reactivos iniciales y los productos finales, así como saber dónde se produce la ramificación para obtener productos secundarios, por ejemplo. El avance de la femtoquímica con respecto a esto es que permite seguir el movimiento de los átomos en los intermediarios de reacción y en el complejo activado. Desde este punto de vista es un avance semejante al de la detección directa de los intermediarios de reacción: se puede "ver la película" de la ruptura y formación de enlaces, mientras está sucediendo.

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