Autor: Nicola Guttridge, 19 de julio 2012
El enlace químico, se produce en presencia de campos magnéticos muy fuertes, como las que se encuentran alrededor de ultra-densas estrellas denominadas enanas blancas. Su descubrimiento no sólo demuestra la existencia de un tipo desconocido y exótico de la química, también puede dar una idea del comportamiento de estos cuerpos estelares misteriosos.
Las enanas blancas son los núcleos remanentes de estrellas de baja masa que han agotado todo su combustible. Se cree que ese será el estado final de la mayoría de las estrellas de nuestra galaxia. A pesar de que tienen masas comparables a la de nuestro Sol, las enanas blancas sólo ocupan la mismo espacio como un pequeño planeta como la Tierra, por lo que son increíblemente densas.
También exhiben ultra potentes campos magnéticos, del orden de 100.000 Tesla (10 mil millones de veces más grandes que el campo magnético de la Tierra, o 10 millones de veces mayores que el de un imán promedio de refrigerador). Este campo tan intenso puede afectar al comportamiento de los electrones que forman los enlaces químicos.
Principio de exclusiónEn la Tierra, los átomos usualmente se enlazan entre sí ya sea de forma co-valente, mediante el intercambio de electrones con sus átomos vecinos, o de forma iónica, a través de atracciones electrostáticas creadas por la transferencia de electrones.
Los electrones que dan lugar a estos enlaces se rigen por el principio de exclusión de Pauli: dos no pueden ocupar al mismo tiempo el mismo estado cuántico. Para evitar este escenario, los electrones se enlazan normalmente en parejas de espín opuesto. Sin embargo, bajo el intenso campo magnético de la enana blanca, “los espines interactúan con el campo externo, actuando como un pequeño imán", apunta el autor principal
Kai Lange, de la Universidad de Oslo, en Noruega.
Como resultado, los espines de los electrones se alinean con el campo externo, forzando a uno de los electrones a moverse a una posición distinta conocida como
orbital antienlazante. Normalmente, esto supondría el final de estos enlaces químicos. "En una molécula normal de estos
orbitales antienlazantes no están ocupados por electrones", observa Lange. "Si estuvieran ocupados, los átomos ya no enlazarían entre sí y la molécula se rompería."
La química desconocidaLange y sus colegas se preguntaban si las cosas podían ser diferentes en el entorno de las enanas blancas. "La química y la física molecular llegar a ser muy diferentes en presencia de un fuerte campo magnético", afirma
Erik Tellgren , colega de Lange. "Hasta los sistemas más simples se comportan de forma exótica y desconocida en comparación con lo que estamos acostumbrados a ver en condiciones normales".
Con esta idea, los investigadores utilizaron simulaciones químicas cuánticas con modelos de enlace de átomos de hidrógeno y de helio en el campo magnético de una enana blanca. En ambos casos, los átomos fueron forzados en pares fuertemente enlazados.
Debido a que los electrones de los átomos enlazados ocupaban los
orbitales anti-enlazantes, lo que es prohibitivo en ambos tipos conocidos de enlace químico, los investigadores dicen que esto es un nuevo tipo de enlace. Ellos lo llaman "enlace paramagnético perpendicular".
El trabajo demuestra que, "en un campo magnético suficientemente grande, pueden existir moléculas que no existirían en condiciones normales", afirma Lange.
David Clary, de la Universidad de Oxford, que no participó en el estudio, calificó de excelente esta investigación, y agregó que "los resultados muestran que un campo magnético puede estabilizar moléculas".
Leyendo las estrellasAunque los autores señalan que la replicación de estos nuevos enlace no es factible en la Tierra, los hallazgos ponen de manifiesto cómo la química molecular puede cambiar en presencia de condiciones extremas.
"Creo que, probablemente, haya otros tipos raros o desconocidos de enlaces por descubrir", comentó Tellgren.
Este trabajo también ayudará a aumentar nuestro conocimiento de los objetos astrofísicos, como las enanas blancas. Al comprender cómo se comporta la materia en torno a estos objetos, puede que sea posible interpretar sus espectros observados con mayor facilidad y precisión, y poder descifrar mejor lo que está sucediendo en sus atmósferas.
- Diario Referencia:
Science , DOI: 10.1126/science.1219703
- Imagen: Recreación artística del sistema binario Sirio, a la derecha, la enana blanca Sirio B. Crédito: NASA, ESA. G. Bacon (STScI). Wikipedia.
