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Los electrones son para el átomo como las mujeres para las monarquías. Pertenecientes al átomo, pero fuera del núcleo dominado por protones y neutrones, sirven de moneda de cambio para formar alianzas con otros átomos. Ese intercambio de electrones entre átomos permite que se formen las moléculas de las que están hechos el agua, los alimentos o los seres humanos.

Hasta ahora, esos intercambios se observaban de lejos, como si una civilización extraterrestre nos vigilase desde el espacio y dedujese los vínculos matrimoniales a partir de los grandes cambios en los países vigilados o analizando los movimientos de tropas. Ahora, un nuevo microscopio de fuerza atómica va a permitir observar las moléculas como si un espía extraterrestre bajase a la Tierra y se metiese en la alcoba de los recién casados a escuchar sus conversaciones.

Según un artículo que hoy se publica en Science, científicos del centro de investigación de IBM en Zurich (Suiza) han sido capaces de observar enlaces químicos de moléculas individuales. Los responsables del artículo lograron llevar la potencia del microscopio al límite aplicando en su punta una molécula de monóxido de carbono para cartografiar las sutiles diferencias en la distribución de la carga electrónica en las moléculas o la longitud de los enlaces químicos.

Ciencia ficción hecha realidad

“Ahora, los químicos trabajamos con las moléculas un poco a ciegas, porque son muy pequeñas, del orden de la millonesima parte del milimetro”, explica Diego Peña, investigador del Centro Singular de Investigación en Química Biológica y Materiales Moleculares (CIQUS) de la Universidad de Santiago de Compostela desde el que se han aportado las moléculas necesarias para el experimento.

“Cuando se mezclan dos reactivos en un experimento, empleamos millones de moléculas y tenemos técnicas indirectas para averiguar qué ha sucedido en esa reacción”, señala. “Con estos microscopios vamos a poder analizar la molécula individual, ver la longitud de cada enlace, que está relacionada con la fuerza de ese enlace, y, si queremos modificarla para conseguir una propiedad determinada, poder atacar por ejemplo su enlace más débil. Es el sueño de los químicos. Hasta hace poco era ciencia ficción, pero ya no”, concluye.

La capacidad para indagar en el comportamiento electrónico con este grado extremo de sutileza tendrá, probablemente, aplicaciones tecnológicas en un futuro no muy lejano. “Es relevante en muchas disciplinas, no solo para la química”, afirma Rubén Pérez, profesor de Física de la Materia Condensada en la Universidad Autónoma de Madrid y autor de un artículo que aparece hoy en Science comentando el hallazgo. “Esta técnica de la microscopía de fuerzas permite determinar qué enlaces en la molécula son más fuertes y eso es muy relevante para procesos como la catálisis [necesario para el refinado de petróleo o la producción de pilas de combustible], porque sabes que los enlaces más débiles son los que antes van a reaccionar”, explica.

De la intuición a la precisión

Como cuenta Pérez, la principal aportación de esta tecnología, que han desarrollado varios equipos en todo el mundo desde hace una década, será el conocimiento fundamental sobre cómo se distribuyen los electrones en las moléculas o cómo se producen esos enlaces moleculares. Así, en el desarrollo de nuevas tecnologías se podrán aplicar esos conocimientos para sustituir técnicas que requieren una cantidad importante de intuición o de ensayo y error por otras más precisas.

Un equipo de IBM ha sido capaz de observar enlaces químicos de moléculas individuales

El grafeno, uno de los materiales más prometedores del momento, también se pude beneficiar de esta tecnología para convertir su potencial en aplicaciones útiles. “Una lámina de grafeno no sirve para hacer un dispositivo, porque es necesario modular sus propiedades electrónicas”, indica Pérez. “Pero con estos microscopios se puede aprender cómo opera y mejorar su eficiencia”, añade.

Esta nueva tecnología será, en definitiva, una potente herramienta al servicio de los científicos para inmiscuirse en las relaciones más íntimas de las moléculas. Después de un tiempo, cuando los servicios de inteligencia hayan acumulado una cantidad importante de información, se la pasarán a los maquiavélicos ingenieros que podrán así manipular a las moléculas y ponerlas a su servicio. Pura nanopolítica.

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REFERENCIA

DOI: 10.1126/science.1225621

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