Metálico, iónico, covalente y… ¿vibracional?
Escrito por Quimitube el 22 octubre
La química no deja de sorprendernos. Aunque siempre clasificamos los enlaces dentro de tres tipos principales, iónicos, metálicos y covalentes, y también sabemos que hay otros tipos de interacciones muy importantes cuya intensidad no es en absoluto despreciable, como enlaces de hidrógeno o fuerzas de van der Waals (a los enlaces de hidrógeno, por ejemplo, les debemos el sostenimiento de estructuras esenciales para la vida como las proteínas o la doble hélice de ADN) todavía se descubren hoy en día nuevas formas de asociación o de interacción entre los átomos en determinadas condiciones. Así, hoy ha aparecido un artículo en la RSC (Royal Society of Chemistry) explicando la confirmación de un tipo de interacción entre átomos que se sospechaba desde hace 30 años sin que se hubiese logrado obtener evidencia experimental. Al parecer, gracias a la exactitud de los métodos cuánticos actuales, Fleming y colaboradores han hallado al fin evidencias, tanto teóricas como experimentales, de la existencia de lo que consideran un nuevo tipo de enlace que se da cuando hay sustitución isotópica, ya que estos isótopos provocan cambios sustanciales en la naturaleza del enlace.
Al principio de los años 80 se propuso que en ciertos estados de transición, consistentes en átomos muy ligeros entre otros muy pesados, el sistema estaría establecido no por fuerzas de Van der Waals convencionales, sino por enlaces vibracionales, con el átomo ligero encerrado entre sus dos vecinos más pesados. Sin embargo, a pesar de que varios grupos de investigación investigaron este tipo de sistema, ninguno logró demostrarlo y la consecución no fue posible. Ahora Fleming y colaboradores creen que sí han encontrado evidencia experimental y teórica para demostrar un enlace vibracional estable.
La «caza», desde luego, no fue nada sencilla y en muchos casos puede perdernos por los derroteros complejos de la química teórica. Los investigadores llevaron a cabo una serie de experimentos teóricos[1] utilizando la reacción del BrH con H para crear el radical BrHBr, utilizando distintos isótopos del hidrógeno (BrMuBr, BrHBr, BrDBr, BrTBr y Br4HBr) mediante el uso de muones (partículas similares a los electrones pero con una masa 200 veces superior). Utilizando estos distintos isótopos mapearon la superficie de energía potencial del sistema en función de la geometría y midieron el llamado ZPE (punto cero de energía vibracional o zero point energy). Considerado de forma clásica, se formará un enlace si hay una reducción neta en la energía potencial del sistema (recordemos que todos los sistemas tienden a la mínima energía). Sin embargo, en ciertas circunstancias, si hay una disminución suficientemente grande del ZPE, esto puede compensar un aumento de la energía potencial y el sistema puede ser estabilizado por un enlace vibracional. Esto tipo de enlace sucedió en el caso del isótopo de hidrógeno ligero y no en los tres más pesados.
Además de estas pruebas teóricas, otros ensayos de laboratorio [2] mostraron que el BrMuBr (es decir, el radical BrHBr con el hidrógeno modificado mediante muones) puede llegar a existir y no es meramente una construcción teórica. David Clary, investigador de la Universidad de Oxford, ha comentado sobre el trabajo: «El estudio provee evidencia teórica rigurosa sobre el enlace vibracional y sugiere que la sustitución isotópica puede tener un efecto dramático en la capacidad de las moléculas para formar enlaces«.
Así pues, ya veremos si los siguientes estudios en esta línea descubren cosas nuevas e interacciones vibracionales más cotidianas y frecuentes para poder ponerlo en nuestra consabida lista: enlace iónico, enlace metálico, enlace covalente y… ¡enlace vibracional!
Referencias:
[1] Fundamental Change in the Nature of Chemical Bonding by Isotopic Substitution: D G Fleming et al., Angew. Chem. Int. Ed., 2014, DOI: 10.1002/anie.201408211
[2] New results for the formation of a muoniated radical in the Mu + Br2 system: a van der Waals complex or evidence for vibracional bonding in Br-Mu-Br? D G Fleming et al, Phys. Chem. Chem. Phys., 2013, 14, 10953 (DOI: 10.1039/C2CP41366C)
Isotope effects produces new type of chemical bond