En el mundo atómico el tamaño importa

Al hablar de propiedades atómicas el tamaño de un átomo es importante.  Un estudio realizado por científicos de la Universidad de Chalmers en Suecia (ver: Martin Rahm, Paul Erhart, Roberto Cammi.

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Por: Vicente Aboites

Al hablar de propiedades atómicas el tamaño de un átomo es importante.  Un estudio realizado por científicos de la Universidad de Chalmers en Suecia (ver: Martin Rahm, Paul Erhart, Roberto Cammi. “Relating atomic energy, radius and electronegativity through compression”. Chemical Science, 2021; 12 (7): 2397) muestra la relación entre propiedades como la electronegatividad y energía atómica con su tamaño.  Estos resultados son importantes pues dan la fundamentación necesaria para el desarrollo de nuevos materiales.  Por primera vez es posible, bajo ciertas condiciones, utilizar ecuaciones exactas que expresan estas relaciones.

El autor principal del estudio, el Dr. Martin Rahm, lo explica así: “El conocimiento del tamaño de un átomo y sus propiedades es vital para explicar su actividad química, estructura y las propiedades de las moléculas y materiales en que participa”. Los autores inicialmente trabajaron en determinar a partir de cálculos basados en la teoría cuántica, cómo las propiedades de los átomos cambian cuando están sometidos a altas presiones. Este nuevo estudio constituye un nuevo paso en este trabajo, explorar la relación entre el radio de un átomo y su electronegatividad. 

Este es un resultado que se venía buscando desde mediados del siglo pasado, hace más de setenta años. Al estudiar cómo la compresión afecta a los átomos individuales los investigadores fueron capaces de derivar un conjunto de ecuaciones que explican cómo los cambios en una sola propiedad, i.e. su tamaño, permite comprender los cambios en otras propiedades como la energía total y la electronegatividad del átomo. Los resultados se obtuvieron para presiones específicas en donde los átomos toman uno de dos estados energéticos, dando como resultado dos radios y dos electronegatividades. 

El Dr. Rahm comenta que: “esta ecuación, por ejemplo, permite explicar cómo el incremento en el estado de oxidación de un átomo también incrementa su electronegatividad y viceversa”. Estos resultados pueden ser fundamentales para entender la ciencia detrás de materiales aún no explorados. Por ejemplo, en el centro de la tierra las presiones son elevadísimas, pueden alcanzar los cientos de Giga-Pascales, que son condiciones que ya se pueden estudiar actualmente en el laboratorio.  Esto también es útil en la síntesis de materiales superconductores que conducen electricidad sin resistencia eléctrica, entre muchas otras posibilidades. El hecho fundamental es que el comportamiento de materiales sujetos a muy altas presiones es una área de oportunidad para la investigación de nuevos fenómenos.

Como información adicional vale señalar que los resultados de este estudio han sido resumidos en bases de datos que se encuentran disponibles para varias aplicaciones científicas por el Departamento de Física de la Universidad de Chalmers.  Allí se pueden encontrar cosas interesantísimas como la tabla periódica de los elementos, pero calculada a diferentes presiones. Esto es una novedosa perspectiva química. Por ejemplo, las propiedades del hierro (Fe) y del silicio (Si), que son elementos comunes de la corteza terrestre, se comparan revelando diferencias significativas a diferentes presiones.

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