Un nuevo método para estudiar la estructura molecular en fase gas

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Una reacción química, cambio químico o fenomeno químico (un suceso observable) es todo un proceso termodinámico en el cual una o más sustancias (Reactantes) por efecto de un factor se transforman cambiando su estructura moléculares y sus enlaces sustancias (Productos).

Y ¿qué se entiende por proceso termodinámico? Pues, a la evolución de determinadas propiedades (o magnitudes) propiamente termodinámicas realativas a un determinado sistema termodinámico, es decir, a una parte del universo que se aísla  para su estudio (una reacción química).

La cinética y la dinámica de las reacciones son dos áreas de la química-física que fácilmente se pueden confundir. La cinética de las reacciones estudia la evolución de una reacción a lo largo del tiempo, la velocidad de un fenómeno químico. También estudia las condiciones y los eventos moleculares que pueden influir en la velocidad. Es puramente empírico y experimental. En cambio la dinámica de las reacciones estudia el por qué se producen, para así predecir su comportamiento y controlarlas. Se centra en los eventos químicos a escala atómica y durante períodos de tiempo muy breves.

Cuando los químicos quieren información estructural a nivel atómico sobre compuestos químicos, a menudo recurren a la cristalografía de rayos X ya que la forma clásica de medir la estructura atómica de una molécula es dispersar los rayos X. Sin embargo, esta técnica requiere un conjunto de moléculas en forma cristalina, que no siempre es posible. Investigadores de un equipo internacional, han dado un primer paso hacia el uso de los rayos X para obtener estructura precisas y observar la dinámica de una reación de una molécula en fase gaseosa (sin usar un cristal).

Han utilizado la difracción de rayos X para medir la distancia entre dos átomos de una molécula mediante el uso de un gran número de moléculas idénticas alineadas en un haz molecular usando un campo eléctrico. Cuando una molécula interactúa con el campo eléctrico de un tipo de radiación láser, las moléculas se alinean para minimizar su energía. Una vez obtenido el haz molecular, este es interceptado por pulsos de rayos X de corta duración de alta energía producidos por Linac Coherent Light Source (LCLS) del SLAC National Accelerator Laboratory.

A structure of 2,5-diiodobenzonitrile.En los experimentos publicados en la revista Physical Review Letters, los investigadores analizaron la difracción de rayos X de 2,5-diyodobenzonitrilo y determinaron una distancia entre los dos yodos de 800 pm, más largo que el valor esperado de 700 pm.

Ahora están trabajando en la mejorar de la resolución y en la creación de pulsos más cortos con la repetición más rápida para reducir al mínimo el daño por radiación antes de la difracción. Con pulsos más cortos se podrá hacer experimentos con resolución temporal, adecuandolo para estudiar la dinámica ultrarápida de moléculas aisladas.

En el dibujo de abajo podéis un esquema del montaje experimental:  un haz supersónico con moléculas seleccionadas por el estado cuántico es atravesado por rayos láser que  van directos a través de una brecha a los detectores  pnCCD que son utilizan para registrar el patrón de difracción. El panel de pnCCD superior está más lejos del eje del haz que el panel inferior con el fin de cubrir una gama más amplia de ángulos de dispersión. En la inserción, la estructura molecular de 2,5-diyodobenzonitrilo se representa, junto con una escala de su tamaño, es decir, la distancia-yodo yodo, y la longitud de onda de los rayos x.

Rayos X y moléculas individuales II

Fuentes:

 

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