En el exterior, el grupo de 55 átomos de cobre y aluminio parece un cristal, pero químicamente tiene las propiedades de un átomo. El superátomo heterometálico que han creado los químicos de la Universidad Técnica de Munich TUM proporciona los requisitos previos paradesarrollar nuevos catalizadores más rentables.
La química puede ser costosa. Por ejemplo, el platino se usa para limpiar los gases de escape. Este metal precioso actúa como un catalizador que acelera las reacciones químicas. Sin catalizadores, no sería posible llevar a cabo una gran cantidad de procesos en el producto químicoindustria.
"Muchos grupos de investigadores están experimentando con nuevos compuestos materiales hechos de metales básicos de menor costo, como hierro, cobre o aluminio. Sin embargo, hasta ahora nadie ha podido predecir si, cómo y por qué reaccionan estos catalizadores".explica Roland Fischer, profesor de química inorgánica y metal-orgánica en el TUM: "Nuestro objetivo era cerrar esta brecha y crear la base para comprender una nueva generación de catalizadores".
el enfoque ascendente produce resultados
Junto con su equipo, el químico ahora ha descubierto un secreto de los compuestos de metales básicos. "Lo nuevo de nuestro enfoque fue que no examinamos los materiales existentes, sino que desarrollamos compuestos hechos de cobre y aluminio individualesátomos ", explica Fischer.
La combinación de dos metales a nivel atómico requiere no poca cantidad de conocimientos y delicadeza: dentro de una atmósfera protectora de argón, los químicos combinaron los átomos de metal que estaban unidos a compuestos orgánicos en un tubo de ensayo, al que luego agregaron un solvente.
"Naturalmente, esperábamos que los átomos de cobre y aluminio se separaran de los compuestos orgánicos y formaran un grupo juntos. Pero si realmente harían eso y cuál sería el resultado no estaba completamente claro", recuerda Fischer.
El secreto de los cristales
Por lo tanto, los químicos estaban extremadamente encantados al descubrir que se habían formado partículas de color negro rojizo con un diámetro de hasta un milímetro en el fondo del tubo de ensayo. Las imágenes de rayos X revelaron una estructura extremadamente compleja: en cada caso, 55 de cobrey los átomos de aluminio estaban dispuestos de tal manera que formaban un cristal cuya superficie consistía en 20 triángulos equiláteros.
Los cristalógrafos llaman a esas formas icosaedros. Experimentos adicionales mostraron que químicamente, los cristales reaccionan como un átomo de cobre individual y también son paramagnéticos, lo que significa que son atraídos por un campo magnético.
El profesor Jean-Yves Saillard de la universidad francesa de Rennes proporcionó una explicación de las propiedades extraordinarias de los grupos de metales: según él, 43 y 12 átomos de aluminio se organizan en un "superatoma" en el que los metales forman uncapa de electrones compartida que se asemeja a la de un solo átomo de metal.
Por lo tanto, el grupo tiene las propiedades químicas de un átomo. En la capa más externa se encuentran tres electrones de valencia cuyos espines se alinean en un campo magnético, de ahí el paramagnetismo observado.
Base de conocimiento para nuevos catalizadores
El superatoma heterometálico realizado por los investigadores en Munich es el más grande jamás realizado en el laboratorio. "Que se formó espontáneamente, es decir, sin el aporte de energía, de una solución es un resultado extremadamente notable", enfatiza Fischer. "Muestraque la disposición de 55 átomos constituye una isla de estabilidad y, por lo tanto, determina la dirección en la que tiene lugar la reacción química ".
Los investigadores ahora tienen la intención de utilizar los hallazgos del proyecto de investigación para desarrollar materiales catalizadores de grano fino y, por lo tanto, altamente efectivos. "Todavía estamos lejos de poder usarlo en aplicaciones", enfatiza Fischer. "Pero en base a lo queahora lo hemos logrado, podemos verificar la idoneidad de los grupos de cobre y aluminio para los procesos catalíticos y también crear grupos hechos de otros metales prometedores ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Técnica de Munich TUM . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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