Científicos registran por primera vez el desarrollo de una reacción química átomo a átomo
- La distribución energética en moléculas tras la absorción de luz
- Tecnología utilizada en el estudio
- Implicaciones y aplicaciones del nuevo método
La distribución energética en moléculas tras la absorción de luz
El Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM-CSIC), perteneciente al Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), lidera un proyecto internacional que ha conseguido, por primera vez, observar cómo una molécula redistribuye su energía tras haber absorbido luz. Este avance permite identificar el rol específico de cada átomo durante el proceso.
La investigación publicada en el Journal of the American Chemical Society se desarrolló en el European XFEL de Hamburgo, el láser de rayos X más potente a nivel mundial, informa el CSIC.
El equipo científico empleó pulsos de rayos X de esta instalación para demostrar que los diferentes átomos dentro de una misma molécula pueden ofrecer información muy distinta sobre la dinámica energética que ocurre.
Tecnología utilizada en el estudio
El estudio se centró en la molécula 3-fluoropiridina, una estructura pequeña con forma de anillo que, tras absorber luz ultravioleta, cambia rápidamente su forma. Se atraviesa una zona llamada intersección cónica, un punto clave donde los electrones y núcleos atómicos interactúan intensamente, provocando que la molécula recupere su estado original y transforme la energía electrónica en vibraciones.
Los investigadores observaron que estas vibraciones son evidentes en diferentes átomos: el flúor actúa como un marcador claro de la relajación vibracional, mientras que el nitrógeno muestra una combinación de redistribución electrónica y movimiento estructural.
Para capturar este fenómeno, se empleó espectroscopia de fotoelectrones de rayos X con resolución temporal (tr-XPS) en el instrumento Small Quantum Systems (SQS) del European XFEL. Un pulso de láser ultravioleta excitó la molécula, seguido de un pulso de rayos X que ionizó los átomos de nitrógeno o flúor, liberando electrones cuyo análisis permitió reconstruir la evolución química en pocos picosegundos.
Implicaciones y aplicaciones del nuevo método
Este avance confirma la capacidad de los pulsos de rayos X ultracortos y de alta intensidad del European XFEL para analizar los movimientos simultáneos más rápidos en la materia. Más allá de esta molécula, el método puede aplicarse para estudiar cómo la luz provoca cambios estructurales en sistemas complejos, desde moléculas orgánicas funcionales hasta biomoléculas y materiales energéticos.
Según los investigadores, el European XFEL permite observar el inicio de los procesos químicos a nivel atómico y con precisión en la escala temporal natural. La combinación de sensibilidad espacial y resolución temporal en femtosegundos abre nuevas posibilidades para entender los mecanismos microscópicos que gobiernan la fotoquímica.