La aspirina no es solo un fármaco importante sino también un interesante sistema de modelo de física en el que las vibraciones moleculares y los electrones se acoplan de una manera particular. Por primera vez, los experimentos de rayos X en el dominio del tiempo ultracorto hacen visibles los movimientos de los electrones en tiempo realDemuestran que desplazamientos atómicos muy pequeños desplazan electrones a distancias mucho mayores dentro de las moléculas de aspirina.
Las píldoras de aspirina consisten en muchos pequeños cristalitos en los que las moléculas de ácido acetilsalicílico forman una disposición espacial regular. Las moléculas se acoplan entre sí a través de interacciones comparativamente débiles y generan campos eléctricos que ejercen una fuerza sobre los electrones de cada molécula. Tras la excitación molecularvibraciones, la distribución de electrones en el espacio y, por lo tanto, las propiedades químicas deberían cambiar. Si bien este escenario ha sido un tema de trabajo teórico, hasta ahora no ha habido una demostración experimental y la comprensión de la dinámica molecular.
Los científicos del Instituto Max Born en Berlín, Alemania, ahora han obtenido la primera y directa visión de los movimientos de los electrones durante una vibración acoplada de las moléculas de aspirina. En un número reciente de la revista Dinámica estructural [6,014503 2019], informan los resultados de un experimento de rayos X en el dominio del tiempo ultracorto. Un pulso ultracorto de la bomba óptica induce vibraciones de las moléculas de aspirina con un período vibratorio de aproximadamente 1 picosegundo ps, un millonésimode una millonésima de segundo .Un pulso de rayos X duro ultracorto, que se retrasa en relación con el pulso de la bomba, se difracta del polvo excitado de cristalitos para mapear la disposición espacial momentánea de electrones a través de un patrón de difracción de rayos X.
El movimiento de rotación del grupo metilo CH3 de una molécula de aspirina surge por excitación vibracional. En la animación, los desplazamientos atómicos se agrandan artificialmente para hacerlos visibles. La rotación de metilo está conectada con un desplazamiento espacial de electrones en todo el conjuntomolécula de aspirina nubes amarillas, llamada isosuperficie de densidad electrónica constante. Los movimientos periódicos de los electrones ocurren en el tiempo con los movimientos vibratorios de los átomos y las distancias recorridas por los electrones son típicamente 10000 veces mayores que los desplazamientos de los átomos en la rotación de metiloEste comportamiento demuestra el carácter híbrido de la rotación de metilo que se compone de movimientos atómicos y electrónicos en escalas de longitud totalmente diferentes. El carácter híbrido se origina en la interacción eléctrica entre las moléculas de aspirina y la minimización dinámica de la energía electrostática en el cristalito.
Estos nuevos resultados subrayan el papel central de los modos híbridos para la estabilización de la estructura cristalina, de acuerdo con los cálculos teóricos. En el caso de la aspirina, esta propiedad favorece la denominada forma 1 de la estructura cristalina en comparación con otros arreglos molecularesLa fuerte modulación de la distribución de electrones por vibraciones es relevante para numerosas estructuras cristalinas en las que prevalecen las interacciones eléctricas. Las excitaciones vibratorias de los materiales ferroeléctricos deberían permitir un cambio ultrarrápido de la polarización eléctrica macroscópica y, por lo tanto, conducir a nuevos dispositivos electrónicos para niveles extremadamente altos.frecuencias
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Materiales proporcionado por Forschungsverbund Berlin . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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