La pregunta sobre si las microondas pueden influir en las reacciones químicas más allá de su capacidad para calentar parece haber encontrado una respuesta interesante. Un equipo de investigadores en Suiza ha demostrado que la excitación de moléculas de monóxido de carbono (CO) mediante microondas puede ralentizar una reacción química a bajísimas temperaturas con iones de helio. Este hallazgo, publicado recientemente, revela un efecto no térmico de las microondas y podría tener importantes implicaciones.
Desde su llegada a los laboratorios a principios de este siglo, las microondas se han convertido en una herramienta indispensable para calentar mezclas de reacción. Sin embargo, la idea de que pudieran tener efectos directos, no relacionados con el calor, ha sido objeto de un intenso debate durante años. Químicos como Nicholas Leadbeater ya plantearon esta cuestión hace dos décadas, y la controversia persistía hasta ahora.
Pero el equipo suizo parece haber aportado la evidencia experimental clave. Su investigación se centró en el estudio del efecto de las microondas en reacciones de iones moleculares disociativas en haces moleculares fríos. Este tipo de reacciones, donde un ion interactúa con una molécula y se rompe en fragmentos, habían sido previamente estudiadas teóricamente, quienes explicaron cómo sus velocidades podían disminuir al aumentar la temperatura.
Partiendo de esta base teórica, los investigadores calcularon cómo la excitación del monóxido de carbono afectaría su reacción con iones de helio. El estado rotacional fundamental es el más reactivo, es decir, las moléculas de CO en su estado de menor energía rotacional son más propensas a reaccionar con los iones de helio.
Para llevar a cabo el experimento, los investigadores generaron haces supersónicos pulsados de moléculas de monóxido de carbono en su estado fundamental y átomos de helio de Rydberg. Estos últimos, con un electrón muy alejado del núcleo, se comportan efectivamente como iones He+. Antes de que ambos haces se encontraran, aplicaron un pulso de microondas de banda estrecha al haz de monóxido de carbono para excitar las moléculas al primer estado rotacional excitado. Finalmente, analizaron los productos de la colisión utilizando espectrometría de masas de tiempo de vuelo.
Los resultados fueron contundentes. Es un proceso coherente. Ajustando con precisión la duración del pulso de microondas, podemos cambiar la población en el estado excitado y suprimir la reacción en un grado variable. Con esto parece que se ha demostrando experimentalmente una teoría que llevaba tiempo establecida.
El descubrimiento podría tener un impacto significativo en la astroquímica. El medio interestelar está bañado por la radiación cósmica de fondo de microondas, y comprender cómo esta radiación puede influir en las reacciones químicas a bajas temperaturas es crucial para mejorar nuestros modelos del universo.
Estaba claro que las microondas jugaban un papel específico en la dinámica de las reacciones, pero dilucidar el mecanismo había sido un desafío hasta ahora. Este estudio proporciona evidencia experimental clara y una comprensión más profunda de cómo se pueden manipular las velocidades de reacción cambiando la distribución térmica a una distribución no térmica. Manipular el estado cuántico del reactivo cambia la velocidad de reacción.
El descubrimiento es singular porque los efectos de las microondas en sus laboratorios son casi siempre puramente térmicos. Aunque este nuevo estudio le resulta interesante como ejemplo de efecto no térmico, duda que tenga un gran impacto en la comunidad de la química preparativa. En disolución, la energía rotacional se convierte en calor muy, muy rápido en una mezcla homogénea.
La investigación abre una ventana al complejo mundo de la influencia de las microondas en las reacciones químicas, demostrando que, en condiciones muy específicas y a bajas temperaturas, pueden tener efectos directos más allá del simple calentamiento. Si bien su impacto inmediato en la síntesis química tradicional podría ser limitado, sus implicaciones para la astroquímica y nuestra comprensión de las interacciones moleculares son innegablemente significativas.
Fuente: ChemistryWorld
