El avance de la ciencia y la tecnología está constantemente mejorando nuestra comprensión del universo en todos sus niveles, desde las galaxias más distantes hasta las moléculas más pequeñas. Recientemente, investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía de Estados Unidos han logrado visualizar cómo se distorsionan los enlaces químicos en una molécula de metano después de que esta absorbe luz, pierde un electrón y luego se relaja. Esta investigación podría abrir nuevas puertas para controlar las reacciones químicas, una habilidad esencial para diseñar dispositivos de conversión de energía más eficientes.
Para entender la relevancia de este descubrimiento, primero necesitamos entender qué sucede cuando una molécula es excitada por la luz. La luz tiene la capacidad de excitar los electrones dentro de las moléculas, lo que significa que los energiza hasta el punto de que pueden moverse y provocar una reacción química. La gran pregunta que los científicos han estado tratando de responder es cómo una molécula disipa esta energía extra sin romperse.
Para responder a esta pregunta, los investigadores estudiaron la molécula de metano. El metano es una molécula simple, pero fundamental, formada por un átomo de carbono y cuatro átomos de hidrógeno. Lo que la hace especialmente interesante es que, a pesar de que puede ser excitada por la luz, sus enlaces no se rompen.
Utilizando las instalaciones de espectroscopia de rayos X ultra rápidos en Berkeley Lab, los investigadores fueron capaces de tomar “instantáneas” de las moléculas de metano después de haber sido excitadas por la luz. Estas imágenes revelaron cómo la forma simétrica de la molécula se distorsiona durante un período de diez femtosegundos (un femtosegundo es una billonésima de segundo). Este fenómeno, conocido como distorsión de Jahn-Teller, ha sido estudiado durante mucho tiempo, pero esta es la primera vez que se ha observado de forma tan detallada.
Además, los investigadores realizaron cálculos que confirmaron sus observaciones utilizando los sistemas Cori y Perlmutter en el Centro Nacional de Computación Científica de Energía de Investigación (NERSC). Este trabajo corroboró sus mediciones del movimiento de las moléculas de metano.
Este estudio ha demostrado que los rayos X pueden ser una herramienta muy efectiva para estudiar la dinámica ultra rápida de las moléculas. El metano, aunque es una molécula simple, presenta una dinámica rica y compleja que se puede utilizar para explorar otros sistemas más complejos y distintos tipos de distorsiones. Los resultados de este estudio podrían tener aplicaciones en el desarrollo de nuevos dispositivos de conversión de energía y en el campo de la fotocatálisis.
En resumen, al iluminar el comportamiento de las moléculas de metano bajo la influencia de la luz, estos investigadores han abierto nuevas posibilidades para controlar las reacciones químicas a nivel molecular. Aunque todavía queda mucho por aprender, este avance nos acerca un paso más a la creación de dispositivos de conversión de energía más eficientes, lo cual es crucial para satisfacer nuestras crecientes necesidades de energía de manera sostenible.
Referencia: http://dx.doi.org/10.1126/science.adg4421
