La USAL colabora en el desarrollo de un tratamiento pionero que predice las poblaciones de estados químicos a través de sus mecanismos de reacción

En los últimos años, la Química ha dejado de ser una disciplina puramente experimental gracias al desarrollo de métodos teóricos que han permitido a los investigadores caracterizar el comportamiento y la dinámica de las reacciones, de manera que estos resultados puedan ser extrapolados a otros campos científicos.

En concreto, la Química Computacional ha sido capaz de dar respuesta a muchos interrogantes sobre la estructura electrónica y el movimiento nuclear que se da en las reacciones químicas, así como de reproducir y predecir de manera teórica los resultados que se obtienen en experimentos especializados basados en el uso de láseres y haces moleculares.

Si bien es cierto que las explicaciones teóricas en el campo de las reacciones químicas simples –aquellos procesos por los cuales los reactivos químicos que se mueven sobre una superficie de energía potencial se convierten en productos– están bastante avanzadas; el tratamiento teórico de las reacciones en las que intervienen varios radicales –especies que incluyen electrones que no están emparentados- es más complicado.

Pese a esta dificultad, la prestigiosa revista científica Nature Communications ha publicado el pasado mes de noviembre un artículo sobre el novedoso método computacional desarrollado por varios investigadores de la Universidad Complutense de Madrid, de Oxford y por Jesús Aldegunde, profesor del departamento de Química Física de la Universidad de Salamanca, y coordinado por Javier Aoiz, catedrático de la UCM. Tras varios años de trabajo conjunto, estos investigadores han logrado reproducir por primera vez la distribución experimental de los estados internos del radical de oxígeno y deuterio OD(²P), formado en la reacción química O(³P)+D₂, gracias al estudio individual de cada una de las colisiones que se dan en esa reacción química y a la relación entre esa distribución y el mecanismo desencadenante de la reacción.

La distribución de la reacción química y su mecanismo desencadenante se han relacionado por primera vez en este proyecto

Para entender esta novedosa explicación teórica, es necesario conocer el proceso que tiene lugar cuando entran en juego varios radicales químicos en una reacción. Como aclaró el propio Jesús Aldegunde, el investigador de la USAL que ha participado en este estudio, a diferencia de lo que ocurría en las reacciones simples, en este tipo de reacciones los núcleos de estos radicales se van moviendo simultáneamente en varias superficies de energía potencial, y los valores rotacionales de los productos surgidos en la reacción se desdoblan en dos niveles o pares denominados Dobletes-Λ, caracterizados por poseer energías ligeramente distintas.

“Esta pequeña diferencia o separación de energía entre estos Dobletes-Λ, que resulta esencial para las aplicaciones de las reacciones en el campo de los láseres microondas o en la Astroquímica, complica significativamente el tratamiento teórico de este tipo de experimentos”, señaló el profesor Aldegunde.

Hasta ahora, ningún estudio había logrado justificar teóricamente las propensiones experimentales hacia uno de los miembros de estos dobletes, es decir, no se había podido explicar por qué la población de uno de estos dobletes no era exactamente homogénea a la distribución del otro, pero el artículo publicado en Nature Communications revela la particularidad del modelo teórico explicativo desarrollado por las Universidades de Salamanca, Oxford y la Complutense de Madrid. El equipo en el que participa Jesús Aldegunde ha conseguido predecir las poblaciones de estados en estos dobletes gracias a que, por primera vez, han tenido en cuenta el mecanismo de reacción que se activaba en cada una de las superficies de energía que conviven en el proceso, en este caso, dos. “Los núcleos de los reactivos no se desplazan igual en cada una de las superficies de energía”, según Aldegunde, por lo que, “a través de la consideración explícita de esta diferencia de movimiento y su mecanismo de reacción, hemos logrado predecir de manera teórica la población relativa de los Dobletes-Λ”.

 

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