Científicos capturan primeras imágenes de moléculas antes y después de la reacción.

Científicos capturan primeras imágenes de moléculas antes y después de la reacción.

Polvo de los conocimientos de química, ya que un equipo de científicos de la Universidad de California en Berkeley se ha topado con un avance que podría influir en lo que recuerda de la escuela secundaria.

El uso de un microscopio de fuerza atómica y un poco de suerte, los científicos de Berkeley Lab capturaron las primeras imágenes de alta resolución de una molécula de última hora y la reforma de sus bonos. El equipo estaba tratando de crear nanoestructuras de grafeno utilizando un nuevo enfoque, controlado a las reacciones químicas. ( El grafeno es un material extremadamente resistente y ligera de carbono valioso para la ciencia y la industria.) Pero sus hallazgos fue en una dirección diferente.

"No estábamos pensando en hacer hermosas imágenes, las reacciones en sí eran el objetivo",dice Felix Fischer , uno de los científicos involucrados. "Nadie ha tenido nunca un solo enlace con resolución las imágenes directas de moléculas individuales, justo antes e inmediatamente después de una reacción orgánica compleja."


Antes del descubrimiento, los investigadores podían hacer era adivinar lo que el proceso de unión parecía. (Antes y después de las imágenes aparecen más arriba, en comparación con los esquemas clásicos de la estructura molecular, más están disponibles aquí .) Las nuevas imágenes, de acuerdo con el equipo, será ayudar a la investigación de nanoestructuras y tal vez incluso conducir a un nuevo método de arquitectura electrónica a nanoescala .

Article In English: http://newscenter.berkeley.edu/2013/05/30/scientists-capture-first-images-of-molecules-before-and-after-reaction/


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Mas Informacion:

Científicos capturan primeras imágenes de moléculas antes y después de la reacción.

El sueño de todo químico - para ajustar una imagen de escala atómica de una sustancia química antes y después reacciona - ahora se ha hecho realidad, gracias a una nueva técnica desarrollada por los químicos y los físicos de la Universidad de California, Berkeley.

El uso de un microscopio de fuerza atómica estado-of-the-art, los científicos han tomado las primeras imágenes átomo por átomo, incluyendo imágenes de los enlaces químicos entre los átomos, que representa claramente cómo ha cambiado la estructura de una molécula durante una reacción. Hasta ahora, los científicos sólo han sido capaces de deducir este tipo de información a partir del análisis espectroscópico.

Catálisis heterogénea implica el uso de catalizadores de metales como el platino para reacciones de velocidad, como en el convertidor catalítico de un coche.

"Para entender la química que está sucediendo realmente en una superficie catalítica, necesitamos una herramienta que es muy selectivo y nos dice que los bonos en realidad han formado y cuáles se han roto", agregó. "Esta técnica es única que hay ahora por la exactitud con la que te da la información estructural. Creo que es innovador ".

"Aunque yo uso estas moléculas en el día a día, en realidad ser capaz de ver estas imágenes me impresionaron mucho. Wow! ", Dijo el investigador Felix Fischer, UC Berkeley, profesor asistente de química. "Esto era lo que mis maestros solían decir que nunca sería capaz de ver realmente, y ahora lo tenemos aquí".

La posibilidad de reacciones moleculares imagen de esta manera ayudará no sólo a los estudiantes de química a medida que estudian las estructuras y reacciones químicas, pero también mostrará los químicos por primera vez los productos de sus reacciones y les ayudan a afinar las reacciones para obtener los productos que desear. Fischer, junto con su colaborador Michael Crommie, un profesor de física de Berkeley UC, capturó estas imágenes, con el objetivo de construir nuevas nanoestructuras de grafeno, un área sensible de la investigación hoy en día para materiales científicos debido a su potencial aplicación en equipos de última generación.

"Sin embargo, las implicaciones van mucho más allá de grafeno", dijo Fischer. "Esta técnica tiene su aplicación en el estudio de la catálisis heterogénea, por ejemplo," que se utiliza ampliamente en las industrias petrolera y química.

"El microscopio de fuerza atómica nos da nueva información sobre el enlace químico, que es muy útil para la comprensión de cómo las diferentes estructuras moleculares que conectan y cómo se puede convertir de una forma a otra forma", dijo Crommie. "Esto debería ayudar a crear nuevas nano estructuras artificiales, como las redes unidas de átomos que tienen una forma y una estructura particular para su uso en dispositivos electrónicos. Esto señala el camino a seguir. "

Fischer y Crommie, junto con otros colegas en la Universidad de Berkeley, en España y en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (LBNL), publicaron sus resultados en Internet el 30 de mayo en la revista Science Express .

De la sombra a la instantánea

Tradicionalmente, Fischer y otros químicos llevan a cabo análisis detallados para determinar los productos de una reacción química, y aún así, la disposición tridimensional real de átomos presentes en estos productos pueden ser ambiguos.

"En la química de tirar cosas en un matraz y algo más sale, pero normalmente sólo se obtiene información muy indirecta en lo que tiene", dijo Fischer. "Hay que deducir que al tomar la resonancia magnética nuclear, espectros infrarrojos o ultravioleta. Es más como un rompecabezas, poniendo toda la información junta y luego clavar lo que probablemente es la estructura. Pero es sólo una sombra. Aquí tenemos realmente una técnica que nos ocupa en la que podemos mirar y decir que esto es exactamente la molécula. Es como tomar una foto de él. "

Fischer es el desarrollo de nuevas técnicas para la fabricación de nano estructuras de grafeno que muestran propiedades cuánticas inusuales que podrían hacerlos útiles en dispositivos electrónicos de nano escala. Los átomos de carbono están en una disposición hexagonal como el alambre de pollo. En lugar de cortar una hoja de carbono puro - grafeno - que espera colocar un montón de moléculas más pequeñas sobre una superficie e inducirlos a comprimir juntos en arquitecturas deseados. El problema, dijo, es la forma de determinar lo que se ha hecho realidad.

 

Fue entonces cuando se acercó Crommie, que utiliza microscopios de fuerza atómica para sondear las superficies de materiales con resolución atómica e incluso mover átomos alrededor individualmente sobre una superficie. Trabajando juntos, idearon una manera de enfriar la superficie de reacción y las moléculas a la

temperatura del helio líquido - alrededor de 4 grados Kelvin, o 270 grados centígrados bajo cero - que detiene las moléculas sacudan. A continuación, utilizaron un microscopio de efecto túnel para localizar todas las moléculas en la superficie, y apuntaron a muchos a la sonda más finamente con el microscopio de fuerza atómica. Para mejorar la resolución espacial de su microscopio ponen una sola molécula de monóxido de carbono en la punta, una técnica llamada sin contacto AFM primero utilizado por Gerhard Meyer y sus colaboradores en el IBM Zurich a las moléculas de imagen hace varios años.

Después de la filmación de la molécula - una estructura "cíclico", con varios anillos hexagonales de carbono que Fischer creó especialmente para este experimento - Fischer, Crommie y sus colegas calienta la superficie hasta que la molécula reacciona, y luego otra vez enfriada la superficie a 4 Kelvin y tomó imágenes de la productos de reacción.

"Al hacer esto sobre una superficie, es limitar la reactividad pero tiene la ventaja de que en realidad se puede ver una sola molécula, dar esa molécula de un nombre o un número, y luego ver lo que se convierte en los productos", dijo.

"En última instancia, estamos tratando de desarrollar una nueva química de superficie que nos permite construir arquitecturas superiores ordenados en las superficies, las cuales podrían conducir a aplicaciones tales como la construcción de dispositivos electrónicos, dispositivos de almacenamiento de datos o puertas lógicas a partir de materiales de carbono."

 

La investigación es coautor por Dimas G. de Oteyza, Yen Chen-Chia, Sebastian Wickenburg, Alexander Riss, Zahra Pedramrazi y Hsin-Zon Tsai, del Departamento de Física de la Universidad de California en Berkeley; Patrick Gorman y Grisha Etkin del Departamento de Química, y Duncan J . Mowbray y Ángel Rubio de los centros de investigación en San Sebastián, España. Crommie, Fischer, Chen y Wickenburg también tienen citas en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley.

El trabajo es patrocinado por la Oficina de Investigación Naval, el Departamento de Energía y la Fundación Nacional de Ciencia.