Un novedoso diseño químico hace que los cristales duros sean elásticos

Los investigadores esperan utilizar la estructura química para localizar y atrapar las impurezas del agua

09.12.2021 - Estados Unidos

Los investigadores han descubierto una nueva forma de hacer que los cristales sean elásticos, una modificación que podría permitirles actuar como nanofiltros muy eficaces.

"Imagínese un diamante que se comporta como una goma elástica", dice el profesor adjunto de química Chenfeng Ke. Su equipo de investigación ha diseñado un nuevo tipo de cristales porosos basados en el carbono que pueden estirarse hasta más del doble de su longitud.

Conocidos por los químicos como estructuras orgánicas porosas, estos materiales suelen ser duros. Se construyen a partir de un andamiaje de moléculas orgánicas ligeras como el carbono, el oxígeno y el nitrógeno. Para reforzar la estructura, se han incorporado químicamente otros enlaces moleculares. Sus estructuras se asemejan a redes abiertas llenas de huecos, o poros, que pueden albergar una variedad de moléculas como huéspedes. Esto les permite actuar como filtros que pueden eliminar ciertos contaminantes del aire y el agua, o separar y almacenar sustancias químicas de importancia comercial. El tamaño de los poros suele determinar qué moléculas pueden ser absorbidas y almacenadas.

Al modificar el diseño de los bloques moleculares, los investigadores han conseguido que determinadas sustancias químicas hagan que el cristal se expanda. Es como si algunas moléculas tuvieran una llave que abre un montón de espacio extra que ahora pueden ocupar, dice Jayanta Samanta, investigador asociado del Grupo de Materiales Funcionales Ke.

En un artículo publicado en la revista Chem, los investigadores describen cómo incorporan esta característica añadiendo lo que denominan "juntas blandas" en el andamiaje del cristal. Las uniones están formadas por iones que se repelen entre sí, pero que se colocan en su sitio gracias a las interacciones con otras moléculas del andamiaje. Sin embargo, cuando se encuentran con la sustancia química adecuada, se rompen fácilmente y se alejan unos de otros. Esto hace que el cristal se expanda, pero sólo hasta donde lo permitan sus reticuladores.

Samanta, autor principal del artículo, describe los cristales como pequeñas y duras agujas de medio milímetro de longitud. Recuerda el momento decisivo en el que colocó por primera vez uno en una solución de fenol, un compuesto orgánico muy utilizado en los limpiadores domésticos. Se estiró el doble de su longitud en menos de 20 minutos, dice. Cuando se eliminó el fenol, recuperó su forma original en la mitad de tiempo.

"Ver que el cristal se expande y se contrae hasta ese punto es sorprendente", dice Ke, que está especialmente sorprendido por la rapidez de la expansión. Esta respuesta física a las sustancias químicas específicas de su entorno puede utilizarse para aplicaciones interesantes, afirma. Ke está deseando poner en práctica el nuevo diseño creando cristales similares que puedan absorber las impurezas del agua.

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