Descubren enlace químico ultrafuerte

Química

Los científicos han descubierto recientemente un tipo de enlace químico totalmente nuevo, y es mucho más fuerte de lo que tiene derecho a ser.

El nuevo tipo de enlace muestra que la división entre enlaces covalentes potentes, que unen moléculas entre sí, y enlaces de hidrógeno débiles, que se forman entre moléculas y pueden romperse con algo tan simple como mezclar sal en un vaso de agua, no es tan clara. como sugieren los libros de texto de química.

Piensa en esa clase de química de la escuela secundaria y recordarás que hay diferentes tipos de enlaces que unen átomos para formar moléculas y estructuras cristalinas.

Los enlaces iónicos unen metales y no metales para formar sales. Los enlaces covalentes fuertes unen moléculas como el dióxido de carbono y el agua. Los enlaces de hidrógeno mucho más débiles se forman debido a un tipo de atracción electrostática entre el hidrógeno y un átomo o molécula con carga más negativa, por ejemplo, lo que hace que las moléculas de agua se atraigan entre sí y formen gotas o hielo cristalino. Los enlaces iónicos, covalentes y de hidrógeno son todos relativamente estables; tienden a durar períodos de tiempo prolongados y tienen efectos que son fácilmente observables. Pero los investigadores saben desde hace mucho tiempo que durante una reacción química, a medida que se forman o se rompen enlaces químicos, la historia es más complicada e involucra “estados intermedios” que pueden existir durante pequeñas fracciones de segundo y son más difíciles de observar.

En el nuevo estudio, los investigadores lograron mantener estos estados intermedios durante el tiempo suficiente para hacer un examen detallado. Lo que encontraron fue un enlace de hidrógeno con la fuerza de un enlace covalente, uniendo átomos en algo parecido a una molécula.

Para hacer eso, los investigadores disolvieron un compuesto de fluoruro de hidrógeno en agua y observaron cómo interactuaban los átomos de hidrógeno y flúor. Los átomos de flúor se sintieron atraídos por los átomos de hidrógeno debido a los desequilibrios de cargas positivas y negativas en sus superficies, la estructura clásica de un enlace de hidrógeno. Cada átomo de hidrógeno tendía a estar intercalado entre dos átomos de flúor. Pero esos sándwiches estaban unidos con más fuerza que los típicos enlaces de hidrógeno, que se rompen fácilmente. Los átomos de hidrógeno rebotaron de un lado a otro entre los átomos de flúor, formando enlaces tan fuertes como enlaces covalentes y pareciéndose a moléculas, que los enlaces de hidrógeno no deberían poder formar. Pero el mecanismo del nuevo enlace era electrostático, lo que significa que involucró el tipo de diferencias en la carga positiva y negativa que definen los enlaces de hidrógeno.

Los nuevos enlaces tenían una fuerza de 45,8 kilocalorías por mol (una unidad de energía de enlace químico), mayor que algunos enlaces covalentes. Las moléculas de nitrógeno, por ejemplo, están formadas por dos átomos de nitrógeno unidos con una fuerza de aproximadamente 40 kcal / mol, según LibreTexts. Un enlace de hidrógeno normalmente tiene una energía de aproximadamente 1 a 3 kcal / mol, según el libro Biochemistry.

Describieron sus resultados en un artículo publicado el jueves (7 de enero) en la revista Science. En un artículo adjunto en Science, Mischa Bonn y Johannes Hunger, investigadores del Instituto Max Planck para la Investigación de Polímeros en Alemania, que no participaron en el estudio, escribieron que este vínculo inusual desdibuja las categorías claras de la química.

“La existencia de un estado híbrido de enlace covalente-hidrógeno no solo desafía nuestra comprensión actual de qué es exactamente un enlace químico, sino que también ofrece la oportunidad de comprender mejor las reacciones químicas”, escribieron, “donde a menudo se invocan los ‘estados de reacción intermedios’ pero rara vez se estudia directamente”.

Es probable que existan enlaces similares en el agua pura, escribieron, cuando un átomo de hidrógeno se encuentra entre dos moléculas de agua. Pero se cree que esos vínculos existen pero no son tan duraderos, escribieron los investigadores. Y nunca se han observado de manera concluyente.

Este estudio, escribieron, podría abrir la puerta a una “comprensión más profunda de los vínculos fuertes” y los estados de reacción intermedios.

Fuente: Live Science.

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