{"id":331302,"date":"2020-02-11T17:56:45","date_gmt":"2020-02-11T20:56:45","guid":{"rendered":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/?p=331302"},"modified":"2020-02-11T17:56:45","modified_gmt":"2020-02-11T20:56:45","slug":"formas-en-movimiento","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/formas-en-movimiento\/","title":{"rendered":"Formas en movimiento"},"content":{"rendered":"

Se requirieron casi dos d\u00e9cadas de trabajo para desarrollar el dispositivo y las t\u00e9cnicas necesarias como para poder visualizar un fen\u00f3meno que qu\u00edmicos y f\u00edsicos conoc\u00edan en forma te\u00f3rica o a trav\u00e9s de simulaciones en computadora: las transformaciones estructurales en tiempo real que sufre una mol\u00e9cula aislada a medida que gana o pierde cargas el\u00e9ctricas. En el laboratorio de la compa\u00f1\u00eda IBM en Z\u00farich, Suiza, un grupo internacional de cient\u00edficos, del cual forma parte el f\u00edsico brasile\u00f1o Shadi Fatayer, utiliz\u00f3 un microscopio de fuerza at\u00f3mica (AFM, por sus siglas en ingl\u00e9s) para registrar alteraciones en la geometr\u00eda, en la distribuci\u00f3n de las cargas el\u00e9ctricas y en las conexiones entre los \u00e1tomos en las mol\u00e9culas de cuatro compuestos qu\u00edmicos.<\/p>\n

Las mol\u00e9culas, formadas por conjuntos de dos o m\u00e1s \u00e1tomos, son las unidades menores en que un compuesto qu\u00edmico \u2013biol\u00f3gico o mineral, natural o sint\u00e9tico\u2013 puede dividirse sin perder las propiedades que lo caracterizan. La labor de Fatayer en el grupo comandado por el f\u00edsico alem\u00e1n Leo Gross en IBM, consisti\u00f3 en documentar las modificaciones sufridas por las mol\u00e9culas de azobenceno, pentaceno, tetracianoquinodimetano (TCNQ) y porfirina mientras perd\u00edan o ganaban electrones, part\u00edculas con carga el\u00e9ctrica negativa. Al sumar o perder electrones, cada una de esas mol\u00e9culas present\u00f3 alteraciones distintas, relatan los investigadores en un art\u00edculo que sali\u00f3 publicado el 12 de julio en la revista Science<\/em>, en la cual Fatayer, Gross y colaboradores de la empresa ExxonMobil, en Estados Unidos, y de la Universidad de Santiago de Compostela, en Espa\u00f1a, describen el experimento.<\/p>\n

La forma de una mol\u00e9cula define las propiedades qu\u00edmicas, el\u00e9ctricas y \u00f3pticas de un material as\u00ed como su capacidad para producir reacciones qu\u00edmicas<\/p><\/blockquote>\n

En el interior de una c\u00e1mara de ultra alto vac\u00edo (UHV, por sus siglas en ingl\u00e9s) mantenida a una temperatura de -268,15 grados Celsius, Fatayer introdujo mol\u00e9culas aisladas de cada uno de los compuestos org\u00e1nicos sobre capas muy puras de cloruro de sodio (NaCl), la sal de cocina, que funciona como aislante el\u00e9ctrico. A continuaci\u00f3n, con la ayuda del microscopio, extrajo o inyect\u00f3 un electr\u00f3n por vez en cada mol\u00e9cula. \u201cA partir de ese trabajo, qu\u00edmicos y f\u00edsicos ahora cuentan con un dispositivo experimental para evaluar las alteraciones en otras mol\u00e9culas individuales\u201d, dice Fatayer, que es el primer autor del art\u00edculo en la Science<\/em> y actualmente realiza una pasant\u00eda de posdoctorado en la filial de IBM en Z\u00farich.<\/p>\n

La primera mol\u00e9cula analizada fue la de azobenceno, un colorante org\u00e1nico que, a temperatura ambiente, forma cristales de color anaranjado-rojizo. Cada mol\u00e9cula est\u00e1 conformada por 24 \u00e1tomos: 12 de carbono (C), 10 de hidr\u00f3geno (H) y 2 de nitr\u00f3geno (N) y su f\u00f3rmula qu\u00edmica es C12<\/sub>H10<\/sub>N2<\/sub>. Las mismas se organizan en dos anillos de benceno, conjuntos de seis \u00e1tomos de carbono dispuestos en forma de hex\u00e1gono, como una celda de un panal de una colmena. Empero, cuando Fatayer inyect\u00f3 un electr\u00f3n en la mol\u00e9cula, su geometr\u00eda cambi\u00f3. Una de las dos ligaduras que manten\u00edan unidos a los \u00e1tomos de nitr\u00f3geno se rompi\u00f3 y los anillos de benceno se doblaron en sentidos opuestos.<\/p>\n

En el caso del pentaceno (C22<\/sub>H14<\/sub>) se registraron transformaciones distintas. Ese semiconductor org\u00e1nico presenta sus 22 \u00e1tomos de carbono y 14 de hidr\u00f3geno estructurados en cinco anillos de benceno unidos linealmente. Al extraerles un electr\u00f3n y, por lo tanto, con una carga positiva sobrante, la mol\u00e9cula se torn\u00f3 m\u00e1s ancha y menos larga. Cuando Fatayer, en el procedimiento inverso, le agreg\u00f3 un electr\u00f3n por vez a la mol\u00e9cula hasta llegar a un total de tres, el compuesto se alarg\u00f3 y estrech\u00f3.<\/p>\n\n \n \n \n <\/picture>\n

La f\u00f3rmula C12<\/sub>H4<\/sub>N4<\/sub>, el TCNQ, es un compuesto que es buen conductor de la electricidad (que se utiliza en la electr\u00f3nica org\u00e1nica) y existe bajo la forma de un polvo verdoso o de cristales amarillos. En su mol\u00e9cula, un anillo de benceno se completa en sus extremidades opuestas con tres \u00e1tomos de carbono conectados, cada uno de ellos, a uno de nitr\u00f3geno, en una estructura que se asemeja a dos brazos abiertos. En la forma neutra, la mol\u00e9cula se adhiere perpendicularmente sobre la base aislante de cloruro de sodio. Sin embargo, al ganar electrones, el anillo de benceno se ubica paralelo al sustrato y las extremidades se curvan, y la curvatura es mayor cuando se agrega un electr\u00f3n en lugar de dos. \u201cAl a\u00f1adir o extraer electrones \u00fanicos, observamos que eso altera la estructura de la mol\u00e9cula\u201d, dijo Gross en la revista new Scientist<\/em>. \u201cSab\u00edamos que ocurr\u00eda eso, pero no exactamente c\u00f3mo se modificaba la estructura y eso fue algo muy dif\u00edcil de observar\u201d.<\/p>\n

Desde el punto de vista biol\u00f3gico, la mol\u00e9cula m\u00e1s importante que estudiaron Fatayer y sus colegas fue la porfirina (C20<\/sub>H14<\/sub>N4<\/sub>). Ella forma parte del n\u00facleo de dos mol\u00e9culas esenciales para la vida en la Tierra: la clorofila, que utiliza la luz solar para convertir el di\u00f3xido de carbono (CO2<\/sub>) en los az\u00facares que nutren a las plantas y las hacen crecer; y la hemoglobina, responsable del transporte sangu\u00edneo de las mol\u00e9culas de ox\u00edgeno (O2<\/sub>) utilizado en la producci\u00f3n de energ\u00eda en los tejidos y para la eliminaci\u00f3n de un subproducto de esa reacci\u00f3n qu\u00edmica, el CO2<\/sub>. La porfirina presenta una estructura qu\u00edmica m\u00e1s compleja que las otras mol\u00e9culas analizadas y sufri\u00f3 alteraciones en sus uniones qu\u00edmicas y en la distancia entre sus \u00e1tomos a medida que se le a\u00f1ad\u00edan electrones.<\/p>\n

\u201cLos resultados del trabajo del grupo de Z\u00farich son irrefutables\u201d, comenta el f\u00edsico Abner de Siervo, de la Universidad de Campinas, quien dirigi\u00f3 a Fatayer en su maestr\u00eda, que realiz\u00f3 mediante una beca que le concedi\u00f3 la FAPESP. \u00c9l explica que la p\u00e9rdida o la ganancia de electrones puede modificar el formato de una mol\u00e9cula, un par\u00e1metro extremadamente importante. \u201cLa forma define las propiedades qu\u00edmicas, el\u00e9ctricas y \u00f3pticas de un material\u201d, explica Siervo. \u201cDe acuerdo con esas propiedades, pueden producirse determinadas reacciones y otras, no\u201d.<\/p>\n

\"\"

Michael Lowry\/ IBM Z\u00farich<\/span><\/a> Microscopio de fuerza at\u00f3mica de la filial de IBM en Z\u00farich: la empresa ide\u00f3 ese tipo de dispositivo en la d\u00e9cada de 1980Michael Lowry\/ IBM Z\u00farich<\/span><\/p><\/div>\n

La imagen en la punta del \u00e1tomo<\/strong>
\nEl trabajo que se llev\u00f3 a cabo con las cuatro mol\u00e9culas solo fue posible hacerlo gracias a los constantes avances en las t\u00e9cnicas para generar im\u00e1genes de mol\u00e9culas y \u00e1tomos. Dos f\u00edsicos de IBM en Z\u00farich, Heinrich Rohrer (1933-2013) y Gerd Binnig, desarrollaron en 1981 el primer microscopio electr\u00f3nico de barrido de efecto t\u00fanel (STM, en ingl\u00e9s), del cual deriva el microscopio de fuerza at\u00f3mica (inventado por Binnig y colaboradores cinco a\u00f1os m\u00e1s tarde). Rohrer y Binnig ganaron el Nobel de F\u00edsica en 1986 por la creaci\u00f3n del STM.<\/p>\n

El microscopio de fuerza at\u00f3mica es un dispositivo que puede ocupar casi una habitaci\u00f3n completa y alcanza una resoluci\u00f3n alrededor de mil veces mayor que la de los microscopios \u00f3pticos m\u00e1s potentes. En ellos, la luz reflejada por el objeto observado pasa por un conjunto de lentes y genera una imagen ampliada. En tanto, en los microscopios de fuerza at\u00f3mica, una punta extremadamente aguda (generalmente met\u00e1lica o aislante) barre la superficie de la muestra a estudiar sin tocarla. A semejanza del dedo de una persona que lee los relieves de un texto en braille, la punta detecta las fuerzas el\u00e9ctricas de atracci\u00f3n y repulsi\u00f3n del material y traza un mapa tridimensional, que luego se transforma en imagen. Cuanto menor es el di\u00e1metro de la punta, m\u00e1s detalles detecta.<\/p>\n

Al final de la d\u00e9cada pasada, Leo Gross y quien entonces era el l\u00edder del grupo de IBM en Z\u00farich, el tambi\u00e9n f\u00edsico alem\u00e1n Gerhard Meyer, mejoraron la resoluci\u00f3n del microscopio de fuerza at\u00f3mica a\u00f1adi\u00e9ndole a la punta met\u00e1lica una mol\u00e9cula inerte formada tan solo por dos \u00e1tomos: el mon\u00f3xido de carbono (CO), que se adhiere perpendicularmente a la punta met\u00e1lica. Con el carbono conectado al metal, el ox\u00edgeno queda en la extremidad libre y la punta ofrece solamente un \u00e1tomo de espesor.<\/p>\n

Art\u00edculo cient\u00edfico<\/strong>
\nFATAYER, S. et al.<\/em> Molecular structure elucidation with charge-state control<\/a>. Science<\/strong>. v.\u2009365, n.\u20096449, p.\u2009142-5. 12 jul. 2019.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Cient\u00edficos detectan en tiempo real alteraciones en la geometr\u00eda y en la distribuci\u00f3n de las cargas el\u00e9ctricas en cuatro mol\u00e9culas","protected":false},"author":16,"featured_media":331303,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[181],"tags":[304],"coauthors":[105],"class_list":["post-331302","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-ciencia-es","tag-fisica-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/331302","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/16"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=331302"}],"version-history":[{"count":2,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/331302\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":331956,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/331302\/revisions\/331956"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media\/331303"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=331302"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=331302"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=331302"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=331302"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}