Identificación de usuarios

Noticias


Los toboganes de la química

Investigadores de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) desarrollan un nuevo método teórico que permite predecir sin necesidad de ninguna simulación numérica si un sistema químico reacciona o no.


FUENTE | UPM - mi+d
21/03/2017
 
Comenarios Enviar a alguien Imprimir
Imprimir en blanco y negro
Compartir noticia

Delicious  Digg  Yahoo meneame


Tobogán
Tobogán / PIXABAY

Una investigación realizada por el Grupo de Sistemas Complejos de la Universidad Politécnica de Madrid, publicada en la revista Physical Review E, ha conseguido desarrollar una metodología empleando procedimientos de mecánica celeste que permiten describir la dinámica de un sistema químico como si sus partículas se movieran por 'toboganes'. En la actualidad, los investigadores están utilizando dicha metodología para desarrollar nuevos modelos que hagan realidad uno de los mayores sueños de los químicos: controlar de forma inequívoca cualquier tipo de reacción.

Desde sus orígenes, la química (o la alquimia antiguamente) ha tratado de predecir si ciertos elementos podían combinarse y, de ser así, con qué velocidad. Aunque este problema es muy antiguo aún no existe una teoría que dé una respuesta completamente satisfactoria al respecto. El problema fundamental reside en que la mayor parte de las reacciones no se lleva a cabo de forma aislada, sino en presencia de un baño con el que los reactivos interaccionan fuertemente. El ingente número de partículas que conforman dicho baño del orden del número de Avogadro, que es casi un billón de billones de átomos, hace que sea completamente imposible realizar simulaciones numéricas de todas ellas, por lo que resulta imprescindible utilizar ciertas aproximaciones para poder abordar el problema.

Una de las aproximaciones más fructíferas es la teoría del 'estado de transición'. Esta teoría es capaz de predecir la velocidad de una reacción con gran precisión analizando para ello lo que pasa solo en el llamado 'estado de transición' o 'complejo activado', un estado intermedio que actúa como cuello de botella para la reactividad, en el que no tenemos ni los reactivos originales ni los productos finales de la reacción sino una situación intermedia. Sucede algo similar a lo que pasa cuando un niño pequeño se tira por un tobogán: el padre o la madre del niño lo suben rápido a lo alto del mismo y baja también rápido por él. Sin embargo, lo que más tiempo lleva, una vez subido en lo alto del tobogán, es encontrar la posición adecuada para poder deslizarse sin problemas, decirle que tenga cuidado, que se agarre bien, abrocharle la ropa, etc.

Gráfico energía potencial de la molécula de cianuro
Energía potencial (en rojo) de la molécula cianuro de litio a lo largo de la coordenada de reacción (*)

A lo largo de los últimos años, se ha venido desarrollando una nueva y exitosa teoría del estado de transición dependiente del tiempo que emplea avanzados métodos matemáticos y herramientas de la mecánica celeste para el cálculo de la velocidad de una reacción. No obstante, esta teoría únicamente se había aplicado a sistemas muy simples. Investigadores del Grupo de Sistemas Complejos de la Universidad Politécnica de Madrid, liderados por Rosa Benito, han avanzado en el estudio y desarrollo de esta teoría. Tal y como señalan, "hemos extendido con éxito la teoría del 'estado de transición' a situaciones más realistas y la hemos aplicado al estudio de diferentes sistemas modelo con una o varias dimensiones, así como a un sistema molecular: la reacción de isomerización de la molécula de cianuro de litio".

La metodología que han desarrollado se basa en la identificación de las estructuras geométricas (variedades invariantes) que actúan como 'toboganes' y que son los objetos que determinan la dinámica del sistema. Una vez conocidas estas estructuras, es posible predecir si una trayectoria va a reaccionar o no sin necesidad de ninguna simulación numérica. Además, añaden los investigadores, "las estructuras anteriores nos han permitido extender otras teorías previas a situaciones más realistas".

La metodología desarrollada está siendo empleada en la actualidad para aplicarla a sistemas sometidos a la acción de fuerzas mecánicas (dentro de la llamada mecanoquímica) y haces láser (como se hace en femtoquímica) para desarrollar nuevos modelos.

Referencia bibliográfica:

Transition state theory for solvated reactions beyond recrossing-free dividing surfaces, F. Revuelta, T. Bartsch, P. L. Garcia-Muller, R. Hernandez, R. M. Benito, y F. Borondo, Phys. Rev. E 93, 062304 (2016), http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevE.93.062304 .

Rate calculation with correlated noise, T. Bartsch, F. Revuelta, R. M. Benito, y F. Borondo (enviado). Disponible en https://arxiv.org/abs/1608.05397.

(*) Pie de foto:
Energía potencial (en rojo) de la molécula cianuro de litio a lo largo de la coordenada de reacción (mostrado con línea roja discontinua en el panel pequeño) a través del cual transcurre la reacción, llevando al sistema del isómero reactivo (CN-Li, mostrado arriba a la derecha) al isómero de los productos (Li-CN mostrado arriba a la izquierda). La reacción está condicionada por las estructuras (mostradas en el círculo) que aparecen en torno al estado de transición (mostrado arriba en el centro) situado en lo alto de la barrera (círculo con aspa). Autor: Fabio Revuelta, Grupo de Sistemas Complejos





   Enlaces de interés
 
Blog madri+d: Cuaderno de bitácora estelar
Blog madri+d: Bio (Ciencia+Tecnología)


   Noticias relacionadas
 
Kepler, el profeta del universo
Plantean un nuevo enigma sobre la aceleración del universo y nuestra época
Las máquinas más pequeñas del mundo ganan el Nobel de Química 2016
Un experimento con nanogotas de helio confirma la existencia de fullerenos cargados en el espacio interestelar
Un experimento abre la vía a la vida basada en el silicio



Añada un comentario a esta noticia


Los comentarios de esta noticia han sido cerrados.


 




Texto a buscar:
Tema:
Desde:
Hasta:


 


Nube de tags


III Curso de Resonancia Magnética Nuclear de estado sólido III Curso de Resonancia Magnética Nuclear de estado...

CSIC - Instituto de Cerámica...




Boletín informativo 'diariodeSol'
------- ------------