lunes, 2 de agosto de 2010

Así se las ponían a Fernando VII: control de la orientación de moléculas mediante láser.


El reformado con vapor del metano es uno de los procesos químico industriales a gran escala más antiguos. Se emplea para obtener gas de síntesis, el llamado sintegas, una mezcla de hidrógeno y monóxido de carbono que es el punto de partida de muchos procesos industriales (por ejemplo, el proceso de Fischer-Trops permite obtener hidrocarburos líquidos a partir de sintegas, incluida gasolina). El reformado con vapor del metano es el proceso que actualmente produce cerca de la mitad del hidrógeno que se consume a nivel mundial y, conforme aumenta el interés en el hidrógeno como combustible, se hace cada vez más importante conseguir que esta reacción sea lo más eficiente posible, mejorando la interacción del catalizador metálico usado y las moléculas de metano. El paso que determina la eficiencia es la activación del enlace C-H, por lo que comprender este proceso es crítico.

Las moléculas de metano solo se adhieren a la superficie del catalizador si su energía (suma de la translacional y la vibracional) es suficiente para superar la barrera de activación energética en el momento de la colisión. Es por tanto muy importante la posición (alineación) de las moléculas en el momento de la colisión para la reacción en la superficie del catalizador, pero hasta ahora sólo ha sido posible estudiar esto en moléculas con dipolos permanentes, cosa de la que carece el metano.

Un grupo de investigadores de la Escuela Politécnica Federal de Lausana (Suiza) encabezado por Rainer Beck ha usado un nuevo tipo de láser infrarrojo para preparar las moléculas antes de la colisión, llevándolas a estados energéticos especificados, y así poder observar su reactividad. Los resultados se publican en Science.

Tanto la dirección (paralela o perpendicular a la superficie del catalizador de níquel) en la que vibraban los enlaces C-H como la energía vibracional podían ser modificados por los científicos. Cuando los investigadores midieron la reactividad de las moléculas de metano en función de su dirección se encontraron con la sorpresa de que las que vibraban en paralelo eran un 60% más reactivas que las que vibraban perpendicularmente, en abierta contradicción con los modelos existentes.

Se abre pues toda una gama de vías de investigación tanto a nivel fundamental, teórico y experimental, como aplicado: nuevos catalizadores, nuevos láseres, la combinación de ambos, nuevos reactivos. ¿Llegará un día en que podamos controlar en un proceso industrial la dirección de colisión óptima entre dos moléculas?

Referencia:

Yoder, B., Bisson, R., & Beck, R. (2010). Steric Effects in the Chemisorption of Vibrationally Excited Methane on Ni(100) Science, 329 (5991), 553-556 DOI: 10.1126/science.1191751