Desde que se propuso que los átomos son los elementos fundamentales del mundo, los científicos han estado tratando de entender cómo y por qué se unen entre sí. Ya sea una molécula, una roca o todo un organismo viviente, todo está controlado por la forma en que los átomos se unen y la forma en que esos vínculos se rompen.

El desafío es que las longitudes de los enlaces químicos varían entre 0,1 y 0,3 nanometros, aproximadamente medio millón de veces más pequeños que el ancho de un cabello humano, lo que dificulta obtener una imagen directa de los enlaces entre un par de átomos.

Un gran desafío

Si bien los métodos de microscopía avanzada, como la microscopía de fuerza atómica o la microscopía de túnel de barrido, pueden resolver posiciones atómicas y medir directamente las longitudes de los enlaces, la filmación de cómo se forman o separan los enlaces químicos en tiempo real, sigue siendo uno de los mayores desafíos de la ciencia.

Los nanotubos ayudaron a atrapar los átomos y colocarlos exactamente donde los investigadores querían. En este caso atraparon un par de átomos de renio unidos para formar Re2.

Valiéndose de métodos avanzados de microscopía, un equipo de científicos del Reino Unido y Alemania logró la sorprendente hazaña al grabar por primera vez la ruptura y formación de enlaces químicos a nivel atómico.

El equipo de investigación usó un método pionero llamado microscopía electrónica de transmisión (TEM) y se basó en nanotubos de carbono en miniatura que sirvieron como minúsculos tubos de ensayo atómicos.

Al respecto, el investigador Andrei Khlobystov, profesor en la Facultad de Química de la Universidad de Nottingham y parte del equipo que realizó la notable hazaña, explicó:

“Los nanotubos nos ayudaron a atrapar átomos  y a colocarlos exactamente donde queríamos. En este caso atrapamos un par de átomos de renio (Re) unidos para formar Re2. Seleccionamos el renio porque este elemento tiene un número atómico elevado que facilita su visualización en con el método de microscopía electrónica de transmisión”.

Nuevas ideas fundamentales

Los investigadores comentan que pasado de un período de tiempo, los átomos de Re2 (que en la grabación se aprecian como dos puntos oscuros) exhibieron vibraciones distorsionando sus formas circulares en elipses y estirando el enlace.

Desde que se propuso que los átomos son los elementos fundamentales del mundo, los científicos han estado tratando de entender cómo y por qué se unen entre sí.

Cuando la longitud del enlace alcanzó un valor superior a la suma de los radios atómicos, el enlace se rompió y cesó la vibración, lo que indicó que los átomos se independizaron entre sí. Un poco más tarde, los átomos se unieron nuevamente, formando una molécula Re2.

Los enlaces entre los átomos de metal son muy importantes en la química, particularmente para comprender las propiedades magnéticas, electrónicas o catalíticas de los materiales. Lo desafiante es que los metales de transición, como el renio, pueden formar enlaces de diferente orden, desde enlaces simples hasta enlaces quíntuples.

En este experimento, señalan los investigadores, se observó que los dos átomos de renio estaban unidos principalmente a través de un enlace cuádruple, lo que proporciona nuevas ideas fundamentales en la química de los metales de transición.

Referencia: Imaging an unsupported metal–metal bond in dirhenium molecules at the atomic scale. Science Advances, 2020. https://doi.org/10.1126/sciadv.aay5849