La crioquímica es el estudio de las interacciones químicas a temperaturas inferiores a −150 ° C (−238 ° F; 123 K). [1] Se deriva de la palabra griega cryos , que significa "frío". Se superpone con muchas otras ciencias, incluidas la química , la criobiología , la física de la materia condensada e incluso la astroquímica .
La crioquímica ha sido un tema de interés desde que el nitrógeno líquido , que se congela a −210 ° C, se volvió comúnmente disponible. [ cuando? ] Las interacciones químicas criogénicas- temperatura son un mecanismo importante para estudiar las rutas detalladas de las reacciones químicas al reducir la confusión introducida por las fluctuaciones térmicas. La crioquímica forma la base de la criobiología , que utiliza procesos biológicos enlentecidos o detenidos con fines médicos y de investigación.
Comportamientos de baja temperatura
A medida que un material se enfría, el movimiento relativo de las moléculas / átomos que lo componen disminuye, su temperatura disminuye. El enfriamiento puede continuar hasta que cesa todo movimiento y su energía cinética , o energía de movimiento, desaparece. Esta condición se conoce como cero absoluto y forma la base de la escala de temperatura Kelvin , que mide la temperatura por encima del cero absoluto. Cero grados Celsius (° C) coincide con 273 Kelvin.
En el cero absoluto, la mayoría de los elementos se vuelven sólidos, pero no todos se comportan de forma tan predecible; por ejemplo, el helio se convierte en un líquido muy inusual . La química entre las sustancias, sin embargo, no desaparece, incluso cerca de las temperaturas del cero absoluto, ya que las moléculas / átomo separados siempre pueden combinarse para disminuir su energía total. Casi todas las moléculas o elementos mostrarán diferentes propiedades a diferentes temperaturas; si hace suficiente frío, algunas funciones se pierden por completo. La química criogénica puede dar lugar a resultados muy diferentes en comparación con la química estándar, y pueden estar disponibles nuevas rutas químicas a las sustancias a temperaturas criogénicas, como la formación de fluorohidruro de argón , que es solo un compuesto estable a 17 K o menos (−256,1 ° C). ).
Métodos de enfriamiento
Un método que se utiliza para enfriar moléculas a temperaturas cercanas al cero absoluto es el enfriamiento por láser . En el proceso de enfriamiento Doppler , los láseres se utilizan para eliminar energía de los electrones de una molécula determinada para ralentizar o enfriar la molécula. Este método tiene aplicaciones en mecánica cuántica y está relacionado con trampas de partículas y el condensado de Bose-Einstein . Todos estos métodos utilizan una "trampa" que consiste en láseres que apuntan a ángulos ecuatoriales opuestos en un punto específico del espacio. Las longitudes de onda de los rayos láser eventualmente golpean los átomos gaseosos y sus electrones giratorios externos. Este choque de longitudes de onda disminuye el estado de energía cinética fracción por fracción para ralentizar o enfriar las moléculas. El enfriamiento por láser también se ha utilizado para ayudar a mejorar los relojes atómicos y la óptica atómica. Los estudios ultrafríos no suelen centrarse en las interacciones químicas, sino más bien en las propiedades químicas fundamentales. [ cita requerida ]
Debido a las temperaturas extremadamente bajas, el diagnóstico del estado químico es un problema importante al estudiar la física y la química de bajas temperaturas. [ aclaración necesaria ] Las técnicas primarias que se utilizan hoy en día son ópticas; hay muchos tipos de espectroscopía disponibles, pero estos requieren aparatos especiales con ventanas de vacío que brinden acceso a temperatura ambiente a los procesos criogénicos.
Ver también
Referencias
- Moskovits, M. y Ozin, GA, (1976) Cryochemistry , J. Wiley & Sons, Nueva York
- Dillinger, JR (1957). Física y química de baja temperatura (editado por Joseph R. Dillinger.) Madison, Wisconsin: University of Wisconsin Press.
- Naduvalath, B. (2013). "Moléculas ultrafrías".
- Phillips, WD (2012). "Refrigeración por láser"
- Parpia, JM y Lee, DM (2012). "Cero absoluto"
- Hasegawa, Y., Nakamura, D., Murata, M., Yamamoto, H. y Komine, T. (2010). "Control y estabilización de temperatura de alta precisión mediante un enfriador criogénico. Revisión de instrumentos científicos", doi: 10.1063 / 1.3484192
- ^ "crioquímica" . eng.thesaurus.rusnano.com . Consultado el 24 de febrero de 2020 .