Un reciente avance teórico ha completado el rompecabezas sobre cómo los elementos del bloque f, en particular los actínidos, se enlazan con los ligandos a través de un tipo de enlace poco común y aún enigmático: el enlace fi (φ). El control de estos enlaces mediante el estado de oxidación del actínido promete tener aplicaciones importantes, desde la catálisis hasta la computación cuántica. Pero, ¿qué es exactamente un enlace fii, y cómo se compara con los enlaces más conocidos como sigma, pi o delta?
Para entenderlo, primero debemos revisar brevemente los diferentes tipos de enlaces covalentes según la simetría de los orbitales atómicos que los conforman:
- Enlace sigma (σ): Es el tipo de enlace más común, presente en todas las moléculas. Se forma por la superposición frontal de orbitales, como dos orbitales s o un s y un p orientado axialmente. Es el más fuerte y no posee planos nodales entre los núcleos enlazados.
- Enlace pi (π): Se forma por la superposición lateral de orbitales p. Posee un plano nodal entre los núcleos —una región donde la probabilidad de encontrar electrones es cero. Este tipo de enlace es común en dobles enlaces (como en C=C).
- Enlace delta (δ): Mucho menos común, aparece sobre todo en compuestos de metales de transición con orbitales d, como en algunos complejos metálicos con enlaces múltiples. Tiene dos planos nodales, resultado de una superposición más compleja de orbitales d.
- Enlace fi (φ): Es el menos común de todos y hasta hace poco era más teórico que práctico. Este enlace se forma mediante la interacción de orbitales f, característicos de los elementos del bloque f como los actínidos. Los orbitales f tienen tres planos nodales, lo que hace que la simetría del enlace fi sea aún más compleja. Esto lo convierte en una forma muy inusual de enlace covalente, observable solo en condiciones muy específicas.
Enlaces fi (φ) en actínidos
El problema con los enlaces fi es que, debido a la gran complejidad y tamaño de los actínidos, así como a su radioactividad, es extremadamente difícil observar y confirmar experimentalmente este tipo de enlace. Sin embargo, un equipo del Laboratorio Nacional de Los Álamos (EE. UU.) ha logrado modelar teóricamente cómo ocurren estos enlaces en distintos actínidos y en diversos estados de oxidación.
Los investigadores descubrieron que es posible modular la fuerza del enlace fi simplemente ajustando el estado de oxidación del actínido. Esto modifica la intensidad de la interacción “frente a frente” entre el átomo central y el ligando, lo cual permitiría diseñar ligandos más selectivos para actuar preferentemente con actínidos y no con lantánidos —una distinción clave, por ejemplo, en el reciclaje de combustibles nucleares.
Además, este control de los enlaces fi abre la puerta a nuevas estrategias de diseño en catálisis redox y manipulación de estados electrónicos. Dado que los actínidos poseen un momento angular elevado por la presencia de orbitales f, podrían convertirse en elementos clave para aplicaciones emergentes como la computación cuántica.
Esta investigación no solo amplía nuestro conocimiento fundamental sobre la química de los actínidos, sino que proporciona objetivos experimentales claros para la comunidad sintética.
