El láser para observar reacciones químicas
( Publicado en Revista Creces, Diciembre 1999 )
El sueño de los químicos ha sido poder observar como se tejen las moléculas y como se doblan y quiebran sus uniones químicas para formar diferentes compuestos. Ello no es fácil, por la tremenda velocidad en que suceden estos cambios.
Ahmed Zewail, un químico de origen egipcio, que trabaja en el Instituto de Tecnología de California en Pasadena, obtuvo el premio Nobel de Química por desarrollar una técnica que permite observar moléculas en el instante mismo que éstas reaccionan. Utilizando por primera vez un "láser de pulso ultracorto", desarrolló una tecnología que le permitió observar la danza de los átomos, sus enlaces y cómo estos se quebraban para formar nuevas moléculas.
Las moléculas pueden compararse a colecciones de bolas que danzan unidas a resortes. Allí se mueven, se contornean, vibran, y sus uniones constantemente se estiran y se doblan. Cuando dos moléculas reaccionan, sus átomos chocan, sus uniones se quiebran, los átomos circulan y se forman nuevas uniones. Pero todo esto sucede en tiempos inimaginablemente cortos: en décimos de "femtosegundos". Para tener una idea de la brevedad del femtosegundo, podemos imaginar que estiramos un segundo, de modo que éste represente mil millones de años. Pues bien, en esta comparación, un femtosegundo correspondería a la duración de medio minuto. Ya no se trata de fotografiar las alas de un picaflor y detenerla en una fotografía instantánea, sino de algo muchísimo más breve, donde ninguna cámara podría tener tan rápido disparador.
Desde hace tiempo los químicos estaban tratando de fotografiar moléculas en movimiento. En la década del 20 se realizaron diversos ensayos, utilizando trucos que les permitían observar varios estados sucesivos de reacciones, y se habían acercado a resoluciones equivalentes a unas pocas milésimas de segundos. Más tarde, en la década del 50, comenzaron a utilizar un flash de luz muy poderoso para inducir las reacciones de las moléculas, mientras que con un segundo flash conseguían iluminarlas y fotografiarlas. Pero la resolución (de una millonésima de segundo) todavía era muy baja como para ver con claridad los detalles cruciales de las reacciones.
Lo que Zewail consiguió fue desarrollar una técnica que le permitió utilizar el láser "femtosegundo" combinado. Con esta técnica, compleja de describir, logró un pulso de luz con una duración de 4 femtosegundos, que combinado con un segundo flash, permitió mejorar la resolución en miles de millones de veces, pudiéndose así observar en una fotografía.
"La técnica es fantástica y con ella se ve perfectamente cómo se rompen las uniones, algo que antes sólo podíamos imaginar", señala Robin Hochstrasser físico de la Universidad de Pennsylvania, en Philadelphia. Las futuras aplicaciones son muchas. Desde ya el mismo Zewail y sus colaboradores, están estudiando las misteriosas modificaciones moleculares que le permiten a una planta, por medio de la clorofila, captar la energía solar y acumularla para que la utilice la planta. Ello es el comienzo de toda la cadena biológica, que permite que nosotros o los animales comamos las plantas y utilicemos esa energía.
Llegar a dominar este proceso tiene proyecciones increíbles, tanto para hacer que las plantas sean más eficientes en su desarrollo y crecimiento (en condiciones normales utilizan sólo el 3% de la energía solar), como para tal vez algún día, llegar a imitar el proceso y así aprovechar directamente la energía solar para muchos otros usos.