Nuevos conocimientos sobre los enlaces de hidrógeno del sulfuro de hidrógeno
¿Qué tienen que ver los cubitos de hielo en una bebida con el olor de la famosa ensalada de huevo de la abuela?
El agua y la molécula maloliente sulfuro de hidrógeno no parecen tener mucho en común a primera vista. Sin embargo, al invertir un poco de energía, algunas diferencias desaparecen.
A primera vista, el cubito de hielo de tu refresco y el olor de la famosa ensalada de huevo de la abuela no parecen tener mucho en común. Sin embargo, desde un punto de vista químico, las moléculas subyacentes de agua (H2O) y sulfuro de hidrógeno (H2S) no son tan diferentes. La unión del hidrógeno de una molécula de agua con el oxígeno de otra molécula de agua se ha estudiado con gran detalle. Sin embargo, la cuestión de si su hermano mayor, el H2S, se comporta de forma similar es menos conocida. Un nuevo estudio del Cluster de Excelencia de Bochum "Ruhr Explores Solvation" (RESOLV) viene a llenar este vacío. El equipo de Química Física 2 de la Universidad del Ruhr de Bochum (Alemania) ha publicado sus hallazgos junto con colegas de Atlanta y Nimega en la revista "Nature Communications" el 5 de noviembre de 2024.
La investigación experimental del grupo de Bochum de la profesora Martina Havenith se complementó con estudios teóricos del profesor Joel Bowman, de la Universidad Emory de Atlanta, y del profesor Ad van der Avoird, de la Universidad Radboud de Nimega.
Se considera que el H2S es una de las moléculas azufradas más primitivas del medio interestelar y una parte esencial de diversos procesos biológicos en los mamíferos. La comunidad química lo ha investigado con varios estudios infrarrojos, pero seguía existiendo cierta incertidumbre sobre el comportamiento del H2S.
Espectroscopia IR de alta resolución en nanodropletas de helio superfluido
La técnica espectroscópica utilizada para registrar las moléculas de H2S es bastante poco convencional. Para realizar el experimento, se incrustaron moléculas individuales de H2S en gotitas de helio superfluido dentro de una cámara de vacío. Variando la cantidad de gas H2S en la cámara de vacío, los investigadores de Bochum Svenja Jäger, Philipp Meyer y Jai Khatri pudieron controlar estadísticamente el número de moléculas recogidas por las gotitas de helio y optimizar las condiciones para que, de media, siempre se recogieran dos moléculas al mismo tiempo.
Las gotitas están hechas de helio superfluido, que posee algunas propiedades únicas en comparación con los fluidos normales. Algunas de estas características son su altísima conductividad térmica, que mantiene las gotas y las moléculas que contienen cerca del 0 Kelvin absoluto, su transparencia en el rango espectral que va del ultravioleta al infrarrojo lejano y la casi inexistente interacción del fluido con las moléculas que contiene. Estas tres características son cruciales para la realización del experimento, ya que permitieron a los científicos investigar la interacción entre dos moléculas de H2S sin ninguna interferencia de otras moléculas o energía térmica. Así se obtuvieron espectros IR de alta resolución, que no sólo mostraban los movimientos vibratorios del dímero de H2S, sino también sus rotaciones y desdoblamientos por efecto túnel. El desdoblamiento por efecto túnel describe la separación de niveles de energía debida a una pequeña barrera energética entre dos estructuras diferentes de la misma molécula.
Bases para una mejor comprensión del enlace de hidrógeno
Estos resultados experimentales se complementaron con cálculos teóricos que permitieron caracterizar la división energética de las moléculas de H2S en los estados excitado y básico. En comparación con el agua, se observó que la unión entre moléculas de H2S es más flexible en el estado básico. Sin embargo, al excitar una de las moléculas, el enlace de hidrógeno se vuelve muy similar al del agua.
Además, los investigadores pudieron caracterizar y reasignar señales vibracionales ya publicadas por otros químicos y mostrar una prueba sensible para los métodos computacionales más avanzados . Estos métodos se utilizan para predecir las interacciones de distintas moléculas y, para garantizar que sus predicciones son correctas, deben compararse con los experimentos. La investigación de la unión entre moléculas pequeñas como el agua y, en este caso, el H2S, mejora enormemente la comprensión de la química fundamental y, por tanto, permite el desarrollo de cálculos teóricos aún más precisos, además de apoyar también la comprensión de sistemas químicos más complejos.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Svenja Jäger, Jai Khatri, Philipp Meyer, Stefan Henkel, Gerhard Schwaab, Apurba Nandi, Priyanka Pandey, Kayleigh R. Barlow, Morgan A. Perkins, Gregory S. Tschumper, Joel M. Bowman, Ad van der Avoird, Martina Havenith; "On the nature of hydrogen bonding in the H2S dimer"; Nature Communications, Volume 15, 2024-11-5
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