Crioquímica

La crioquímica es el estudio de las interacciones químicas a temperaturas inferiores a −150 °C (−238 °F; 123 K). 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 común. Las interacciones químicas a temperatura criogénica son un mecanismo importante para estudiar las vías detalladas de las reacciones químicas al reducir la confusión introducida por las fluctuaciones térmicas. La crioquímica constituye la base de la criobiología, que utiliza procesos biológicos ralentizados o detenidos con fines médicos y de investigación.

A medida que un material se enfría, el movimiento relativo de las moléculas o átomos que lo componen disminuye, es decir, su temperatura disminuye. El enfriamiento puede continuar hasta que cese todo movimiento y su energía cinética, o energía de movimiento, desaparezca. Esta condición se conoce como cero absoluto y constituye 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. Sin embargo, la química entre sustancias no desaparece, incluso cerca de las temperaturas del cero absoluto, ya que las moléculas o átomos separados siempre pueden combinarse para reducir su energía total. Casi todas las moléculas o elementos mostrarán propiedades diferentes a diferentes temperaturas; si la temperatura es lo suficientemente fría, algunas funciones se pierden por completo. La química criogénica puede conducir a resultados muy diferentes en comparación con la química estándar, y pueden estar disponibles nuevas rutas químicas para las sustancias a temperaturas criogénicas, como la formación de fluorhidruro de argón, que solo es un compuesto estable a 17 K (−256,1 °C) o menos.

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 extraer energía de los electrones de una molécula determinada para frenarla o enfriarla. Este método tiene aplicaciones en la mecánica cuántica y está relacionado con las trampas de partículas y el condensado de Bose-Einstein. Todos estos métodos utilizan una "trampa" que consiste en láseres apuntados en ángulos ecuatoriales opuestos sobre un punto específico del espacio. Las longitudes de onda de los rayos láser finalmente alcanzan los átomos gaseosos y sus electrones giratorios externos. Este choque de longitudes de onda disminuye el estado de energía cinética fracción a fracción para frenar o enfriar las moléculas. El enfriamiento por láser también se ha utilizado para ayudar a mejorar los relojes atómicos y la óptica de los átomos. Los estudios ultrafríos no suelen centrarse en las interacciones químicas, sino más bien en las propiedades químicas fundamentales.

Debido a las temperaturas extremadamente bajas, el diagnóstico del estado químico es un tema importante al estudiar la física y la química a bajas temperaturas. Las principales técnicas que se utilizan hoy en día son ópticas: hay muchos tipos de espectroscopia disponibles, pero requieren aparatos especiales con ventanas de vacío que brindan acceso a temperatura ambiente a los procesos criogénicos.

• Termoquímica
• Criógenos
• Condenado Bose-Einstein

• Moskovits, M., and Ozin, G.A., (1976) Crioquímica, J. Wiley ' Sons, New York
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• Medios relacionados con la Crioquímica en Wikimedia Commons