Un reciente estudio ha revelado un hallazgo sorprendente en el campo de la química, específicamente en el comportamiento de los orbitales 4f de los metales lantánidos. Estos elementos, que ocupan posiciones del 57 al 71 en la tabla periódica, son conocidos por su escasez en la corteza terrestre y su resistencia a participar en reacciones químicas. Sin embargo, investigaciones recientes han demostrado que un compuesto basado en cerio, un lantánido, ha logrado participar activamente en la formación de enlaces, desencadenando una reacción química única.
Reactividad inusual de los orbitales 4f
El estudio, publicado en la revista Nature Chemistry, describe cómo un complejo cíclico que contiene cerio formó una interacción covalente 4f, lo que llevó a una isomerización de apertura de anillo desde el ciclo-propeno hasta el aleno. Este proceso es notable dado que los orbitales 4f suelen estar profundamente en el núcleo atómico, lo que dificulta su participación en la formación de enlaces con otros átomos.
A pesar de que investigaciones anteriores han identificado la implicación de los orbitales 4f y 5f en la química de coordinación —donde un átomo de metal central se une a un ligando que dona electrones—, no se había logrado evidencia concluyente sobre cómo la covalencia de los orbitales 4f influye en la reactividad de estos compuestos.
Los investigadores llevaron a cabo un experimento en el que sintetizaron una serie de complejos de metales tetravalentes (M4+) con un marco de ligandos basado en ciclo-propeno. Entre los metales utilizados estaban el titanio (Ti), el circonio (Zr), el cerio (Ce), el hafnio (Hf) y el torio (Th). De todos ellos, solo el complejo de cerio experimentó una reacción de isomerización de cristal a cristal, resultando en un complejo cerio-aleno.
El proceso de isomerización, por el cual el complejo original de cerio se transformó en otra molécula con la misma composición química pero una estructura diferente, fue capturado mediante difracción de rayos X de un solo cristal. Los análisis teóricos sugieren que el orbital 4f del cerio participa significativamente en el enlace del intermediario reactivo, estabilizándolo y facilitando así el proceso de apertura del anillo.
Este estudio comparativo sobre la reactividad química entre una serie de complejos isoestructurales e isoelectrónicos de bloques d y f pone de manifiesto que la covalencia del orbital 4f puede conducir a reactividad química distintiva. Los investigadores destacan que estos hallazgos abren la puerta a una exploración más profunda de los efectos de la covalencia orbital en compuestos moleculares, especialmente en transformaciones químicas en estado sólido, lo que podría tener implicaciones significativas en el desarrollo de nuevas tecnologías y métodos de separación de lantánidos, una tarea que actualmente es compleja y requiere mucho consumo de energía.
