Los investigadores profundizan en los complejos de bismuto

Químicos publican resultados sorprendentes en "Science"

23.05.2023 - Alemania

Para poder aprovechar las ventajas de los elementos y sus compuestos moleculares de forma selectiva, los químicos tienen que desarrollar un conocimiento fundamental de sus propiedades. En el caso del elemento bismuto, un equipo del Max Planck Institut für Kohlenforschung ha dado ahora un paso importante.

Los químicos del Max Planck Institut für Kohlenforschung tienen como objetivo el diseño racional de procesos químicos que conduzcan a una química más eficiente y sostenible tanto para el mundo académico como para la industria. Para poder aprovechar su potencial en catálisis es necesario un conocimiento fundamental de las propiedades de elementos como el bismuto y sus compuestos moleculares. Un equipo dirigido por Josep Cornellà y Frank Neese, jefe de grupo y director del Max Planck Institut für Kohlenforschung, ha descubierto ahora que aún quedan algunos "puntos blancos" en el panorama químico que hay que aprovechar. Los investigadores acaban de publicar en la revista Science su trabajo sobre una intrigante propiedad de los nuevos complejos de bismuto bajo el título Synthesis and isolation of a triplet bismuthinidene with a quenched magnetic response.

Interés especial por un elemento especial

¿Por qué el bismuto? El equipo de Josep Cornellà, jefe del grupo de investigación, lleva tiempo interesado en este metal en particular. "El bismuto puede ofrecer algunas ventajas en comparación con otros metales. Por ejemplo, es más fácil de conseguir y menos tóxico que otros elementos. Además, las propiedades especiales del bismuto que no tienen otros candidatos "clásicos" a la catálisis podrían desempeñar un papel en futuros diseños de reacciones", explica Cornellà.

¿Qué hace tan especial a la molécula de bismuto de Mülheim? Los átomos constan del núcleo atómico y de una corteza atómica formada por electrones. Cuando se sintetizan moléculas a partir de átomos o fragmentos, normalmente los pares de electrones de diferentes átomos se unen para formar enlaces químicos. Sin embargo, los químicos suelen interesarse por situaciones que se desvían de esta situación, que es el caso cuando las moléculas tienen electrones no apareados. Estos sistemas tienden a ser muy reactivos e interaccionan fácilmente con otras moléculas.

"Normalmente, las moléculas con electrones no apareados son siempre magnéticas", explica Frank Neese. Pero ahora los investigadores de la Kohlenforschung han desarrollado una molécula que contiene bismuto con electrones no apareados y que, curiosamente, no muestra magnetismo alguno. La solución a este enigma tiene que ver, entre otras cosas, con la posición especial del bismuto en la tabla periódica de los elementos. El bismuto es el más pesado de los elementos estables; todos los demás son radiactivos. Debido a su núcleo atómico especialmente pesado, los electrones muestran un comportamiento especial, que sólo puede entenderse con ayuda de la teoría de la relatividad de Einstein.

Programa de química cuántica de Mülheim

Estas propiedades conducen a un hallazgo experimental inicialmente desconcertante. "Nuestra molécula no es realmente 'no magnética'", explican los investigadores, "pero en la Tierra no existe un campo magnético lo suficientemente fuerte como para detectar magnetismo en nuestro sistema". El hecho de que los investigadores fueran capaces de calcular las fascinantes propiedades de esta molécula a partir de los primeros principios de la física se debe al paquete de programas de química cuántica ORCA, desarrollado en Mülheim y ampliamente utilizado en todas las disciplinas químicas por decenas de miles de químicos de todo el mundo.

Con su trabajo, los científicos de Mülheim han añadido un punto importante al "perfil químico" del bismuto. Esto puede ser importante en el futuro a la hora de diseñar nuevos tipos de catalizadores.

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