Los químicos de la Ruhr-Universität Bochum han encontrado evidencia de que los átomos de carbono no solo pueden comportarse como partículas sino también como ondas. Esta propiedad de la mecánica cuántica es conocida por las partículas ligeras como los electrones o los átomos de hidrógeno. Sin embargo, los investigadores rara vez han observadoLa dualidad onda-partícula para átomos pesados, como el carbono. El equipo dirigido por el profesor Dr. Wolfram Sander y Tim Schleif de la Cátedra de Química Orgánica II junto con el profesor Dr. Weston Thatcher Borden, Universidad del Norte de Texas, informa en la revista Angewandte Chemie.
"Nuestro resultado es uno de los pocos ejemplos que muestran que los átomos de carbono pueden mostrar efectos cuánticos", dice Sander. Específicamente, los investigadores observaron que los átomos de carbono pueden hacer un túnel. De este modo, superan una barrera energética, aunque en realidad no poseen suficiente energía paraHaz eso.
Raramente observado para partículas pesadas
Wolfram Sander explica la paradoja: "Es como si un tigre hubiera salido de su jaula sin saltar la cerca, lo cual es demasiado alto para él. Pero aún así sale". Esto solo es posible si se comporta como una ola,pero no si se comporta como una partícula. La probabilidad de que un objeto pueda hacer un túnel depende de su masa. El fenómeno, por ejemplo, puede observarse mucho más fácilmente para los electrones ligeros que para los átomos de carbono relativamente pesados.
Los investigadores investigaron la reacción del túnel utilizando la reorganización de Cope, una reacción química que se conoce desde hace casi 80 años. El material de partida para la reacción, un compuesto de hidrocarburo, es idéntico a la molécula del producto. El mismo compuesto químico existe antesy después de la reacción. Sin embargo, los enlaces entre los átomos de carbono cambian durante el proceso.
En su experimento, los investigadores con sede en Bochum marcaron uno de los átomos de carbono en la molécula: reemplazaron el átomo de hidrógeno unido a él con el isótopo de hidrógeno deuterio, una versión más pesada del hidrógeno. Las moléculas antes y después de la reorganización de Cope diferían entérminos de la distribución del deuterio. Debido a estas distribuciones diferentes, ambas formas moleculares tenían energías ligeramente diferentes.
La reacción no debería tener lugar realmente
A temperatura ambiente, esta diferencia tiene poco efecto; debido al abundante suministro de energía térmica en el área circundante, ambas formas ocurren con la misma frecuencia. Sin embargo, a temperaturas muy bajas por debajo de diez Kelvin, se prefiere significativamente una forma de molécula debido a ladiferencia energética. Al pasar de la temperatura ambiente a temperaturas extremadamente bajas, el equilibrio debe pasar de una distribución equitativa de ambas formas a una distribución desigual.
Sin embargo, esta transición no puede ocurrir de la manera clásica, ya que, cuando se reorganiza de una forma a otra, se debe superar una barrera de energía, aunque la molécula misma no tiene la energía para esto y el ambiente frío estampoco pudo proporcionarlo. Aunque el nuevo equilibrio no debería ocurrir de la manera clásica, los investigadores pudieron demostrarlo en el experimento. Su conclusión: la reorganización de Cope a temperaturas extremadamente bajas solo puede explicarse por un efecto de túnel.así proporcionó evidencia experimental para una predicción hecha por Weston Borden hace más de cinco años basada en estudios teóricos.
Los disolventes influyen en la capacidad de túnel
En Ruhr-Universität, Wolfram Sander realiza investigaciones en el grupo de excelencia Ruhr Explores Solvation, donde se preocupa por las interacciones de los solventes y las moléculas disueltas. "Se sabe que los solventes influyen en la capacidad del túnel", dice el químico."Sin embargo, hasta ahora no se ha entendido cómo lo hacen".
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Materiales proporcionado por Ruhr-Universitaet-Bochum . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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