Un equipo internacional de científicos dirigido por la Universidad Northwestern ha logrado, por primera vez, observar la catálisis en acción a nivel atómico. Este avance se ha concretado a través de videos que muestran cómo los átomos individuales se mueven y vibran durante una reacción química que elimina átomos de hidrógeno de una molécula de alcohol. A través de esta observación en tiempo real, los investigadores han descubierto varios intermediarios de corta duración involucrados en la reacción, así como una vía de reacción previamente oculta.
Las observaciones se realizaron mediante la técnica de microscopía electrónica de transmisión a resolución atómica y tiempo resuelto (SMART-EM), un instrumento que permite a los científicos ver cómo reaccionan las moléculas de forma individual. Esta capacidad de observar las reacciones de manera tan detallada ayuda a los investigadores a entender mejor cómo funcionan los catalizadores, lo que podría conducir al diseño de procesos químicos más eficientes y sostenibles.
Avances en la química cinemática
La investigación, publicada en la revista Chem, ha sido calificada como un «gran avance». Según Yosi Kratish, primer autor del estudio, la posibilidad de visualizar este proceso permite comprender «exactamente lo que está sucediendo en el más mínimo detalle». En el pasado, no era posible observar cómo se movían los átomos, un hecho que sorprendió incluso a los propios investigadores.
Los catalizadores son esenciales en la vida moderna, ya que se utilizan en la producción de todo, desde combustibles y fertilizantes hasta plásticos y medicamentos. Tobin J. Marks, autor senior del estudio y experto en catálisis, enfatiza la necesidad de entender cómo funcionan estos compuestos a nivel atómico para hacer los procesos químicos más eficientes y respetuosos con el medio ambiente.
Los investigadores se enfrentaron a un desafío significativo al intentar observar eventos catalíticos en vivo. Las reacciones químicas son como un viaje entre materiales iniciales y el producto final, y durante este trayecto, se forman moléculas transitorias que a menudo son difíciles de detectar. Utilizando SMART-EM, el equipo pudo observar cómo estos intermediarios elusivos se forman y se transforman en otros compuestos.
Antes de este estudio, se creía que el alcohol se convertía directamente en gas hidrógeno y aldehído al llegar al catalizador. Sin embargo, la observación del proceso reveló que el aldehído no se escapa, sino que se adhiere al catalizador, formando polímeros de cadena corta. Este descubrimiento, junto con la identificación de un nuevo intermediario llamado hemiacetal, marca un cambio significativo en la comprensión de las reacciones de catálisis.
Para confirmar sus hallazgos, el equipo utilizó diversas técnicas de microscopía, análisis de rayos X y modelos teóricos, todos ellos alineados con los datos obtenidos mediante SMART-EM. Kratish señala que este es solo el principio de una nueva era en la observación de la química, donde se espera que la técnica permita aislar los intermediarios y estudiar más a fondo las transformaciones catalíticas orgánicas.
