La investigación en el ámbito de la física molecular continúa avanzando hacia la comprensión y el control preciso de las reacciones químicas a temperaturas extremadamente bajas. Este enfoque, que es de gran relevancia para la astrofísica y la química del espacio, se centra en cómo las interacciones entre partículas cargadas y moléculas se ven influenciadas por sus estados rotacionales. Recientemente, un equipo de investigadores de la ETH Zürich ha propuesto un nuevo método que utiliza pulsos de microondas para manipular estas reacciones químicas.
El estudio, publicado en Physical Review Letters, se centra en el control de reacciones entre iones y moléculas a temperaturas inferiores a 10 K, condiciones que se asemejan a las que se encuentran en las nubes moleculares gigantes del medio interestelar. Valentina Zhelyazkova, autora principal del trabajo, explicó que su investigación ha revelado que la reactividad de las reacciones químicas en estas condiciones depende significativamente del estado rotacional de las moléculas involucradas.
Control de reacciones químicas mediante microondas
Los investigadores han descubierto que, al cambiar el estado rotacional de las moléculas utilizando pulsos de microondas, pueden inhibir o facilitar la reactividad de las reacciones químicas. «Estudiamos reacciones a bajas temperaturas entre átomos o moléculas cargadas positivamente, y encontramos que la reactividad de estos sistemas depende del estado cuántico de la molécula», señala Frédéric Merkt, coautor del estudio. Esto significa que, al agregar un quantum de rotación a una molécula, esta puede pasar de un estado más reactivo a uno menos reactivo, lo que se traduce en una disminución en la velocidad de la reacción.
En sus experimentos, los investigadores enfriaron las moléculas hasta alcanzar su estado rotacional fundamental, donde son más reactivas. Al aplicar un pulso de microondas, lograron excitar las moléculas al primer estado rotacional excitado, observando una reducción en la formación de productos químicos. Este hallazgo es crucial, ya que muestra que diferentes niveles rotacionales pueden reaccionar a velocidades distintas, lo que abre nuevas vías para el estudio de la química fría.
Además, Zhelyazkova destacó que, a diferencia de aplicaciones anteriores que utilizan microondas para calentar las moléculas y aumentar su reactividad, el nuevo método permite desacelerar las reacciones a través de un mecanismo no térmico. Esto podría tener implicaciones significativas para la investigación en química sintética y en el desarrollo de nuevas técnicas de control químico a temperaturas extremas.
Con estos avances, el equipo de la ETH Zürich planea perfeccionar su enfoque y utilizar microondas para aumentar la reactividad en futuros estudios. «En nuestras próximas investigaciones, pretendemos preparar moléculas en estados cuánticos no reactivos y utilizar pulsos de microondas cortos como desencadenantes de reactividad», concluyó Merkt.
