Enlace vibracional

Se demuestra la existencia de un nuevo tipo de enlace químico
Cualquier estudiante de química, incluso al nivel más básico ofrecido por la ESO, sabe que toda
la materia que forma parte del universo está constituida por átomos. Desde que Dalton a
principios del siglo XIX demostró con bases científicas la existencia del átomo concebida
filosóficamente por Demócrito y Leucipo en la Antigua Grecia, diversos modelos atómicos han
sido propuestos hasta llegar al modelo actual basado en la Mecánica Cuántica. De forma
general, los átomos están formados por un núcleo compuesto por protones (partículas con
carga positiva) y neutrones (partículas neutras) donde una nube de electrones (partículas
negativas) se mueve aleatoriamente dentro de unas regiones espaciales determinadas
alrededor del núcleo. Los átomos se unen entre sí a través de enlaces químicos que pueden ser
de tres tipos: enlace iónico, covalente y metálico. El enlace iónico es característico de los
materiales cristalinos, donde los átomos se organizan en una red tridimensional que es
estabilizada por una compensación de cargas eléctricas. El enlace covalente se origina
mediante una compartición de electrones entre un grupo de dos o más átomos para formar
una molécula. Al mismo tiempo, las moléculas interaccionan entre sí a partir de interacciones
electrostáticas (conocidas como interacciones de Van der Waals) o mediante puentes de
hidrógeno como ocurre en el caso del agua. El enlace metálico es característico de los
elementos metálicos y se forma a partir de una nube electrónica que se mueve libremente a lo
largo de una red tridimensional de núcleos confiriéndole las propiedades características de los
metales como su conductividad eléctrica o su ductilidad y maleabilidad.
La Separata. Septiembre de 2015. ISSN: 2444-7668
A finales de los años 80, un grupo de químicos que experimentaban en un acelerador nuclear
de Vancouver estudiando una reacción química entre el bromo y el muonio (isótopo de He-4
donde un electrón ha sido sustituido por una partícula elemental llamada muón – con carga
negativa como el electrón pero 200 veces más ligero) observaron que la reacción era más lenta
a medida que aumentaba la temperatura. Esto contradice las leyes de la cinética química, que
indican que la velocidad de una reacción aumenta con la temperatura. Para explicar este
fenómeno, Donald Flemming de la Universidad de Columbia Británica, propuso la formación de
un nuevo tipo de enlace químico al que denominó enlace químico vibracional, formando una
nueva estructura intermedia en la que el átomo de muonio, mucho más ligero, se movería
rápidamente entre dos átomos de bromo, más pesados. Flemming hizo una analogía con “una
pelota de ping-pong rebotando entre dos bolas de boliche”. Sin embargo, no se ha confirmado
la existencia de este nuevo tipo de enlace hasta hoy. En colaboración con un grupo de
químicos teóricos de la Universidad Libre de Berlín y la Universidad de Saitama (Japón),
Flemming repitió recientemente el experimento en el acelerador nuclear del Laboratorio
Rutherford-Appleton (Inglaterra) y demostraron que en efecto el muonio y el bromo forman
un nuevo tipo de enlace donde dos átomos de bromo permanecen casi estáticos y el muonio
oscila entre ellos. La naturaleza vibracional del sistema disminuye la energía total de la
estructura y por eso disminuye la velocidad de la reacción aunque la temperatura aumente.
Los resultados fueron publicados el pasado mes de diciembre en Angewandte Chemie
International Edition, una importante revista de la Sociedad Química Alemana. Este trabajo
confirma que el enlace vibracional – aunque de vida efímera – debe ser añadido a los tres
tipos de enlace químico conocidos.
Referencias
Flemming et al. “Fundamental change in the nature of chemical bonding by isotopic
substitution” Angewandte Chemie International Edition Vol. 53, Num. 50, 2014, 13706-13709
La Separata. Septiembre de 2015. ISSN: 2444-7668
Luis F. Bobadilla es Doctor en Ciencias Químicas por la Universidad de Sevilla. Tras haber
trabajado en la Université de Caen Basse-Normandie y el Institut Català d’Investigació Química
de Tarragona, actualmente trabaja en el Instituto de Tecnología Química, un centro mixto del
CSIC y la Universidad Politécnica de Valencia. Su línea actual de investigación se centra en la
catálisis heterogénea aplicada a procesos petroquímicos. Es autor de 2 patentes, 2 capítulos en
libros y 14 publicaciones científicas, además de haber participado en numerosos congresos
nacionales e internacionales.
La Separata. Septiembre de 2015. ISSN: 2444-7668