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Cristales poliméricos a partir de cristales moleculares

La síntesis convencional de polímeros consiste en la polimerización en fase gaseosa o líquida con un catalizador. Unos científicos financiados por la Unión Europea investigaron una nueva estrategia: la polimerización de cristales moleculares bajo presión.
Cristales poliméricos a partir de cristales moleculares
La polimerización en estado sólido puede generar polímeros de alta densidad o polímeros de un solo cristal. El proceso se inicia con microexplosiones inducidas por láser ultrarrápido para alcanzar condiciones extremas. Se aplican presiones altas en el orden de los terapascales y así se reconstruyen enlaces químicos en los cristales moleculares o se redistribuyen las moléculas.

Aún están en curso los experimentos de compresión de cristales moleculares simples, como el nitrógeno, monóxido de carbono y cloruro de hidrógeno. Esto se debe en gran parte a que las propiedades de estas moléculas en condiciones extremas son muy poco conocidas. Además, para comprender las estructuras de los compuestos que serán formados es necesario conocer las propiedades de los elementos iniciales.

Este fue el objetivo del proyecto financiado por la Unión Europea AB INITIO AND QMC (Phase transition and polymerization of molecular solids in ab initio calculations and quantum Monte Carlo simulations). Las predicciones teóricas para la síntesis de una nueva clase de materiales se basan en algoritmos cuánticos de Monte Carlo y de búsqueda aleatoria de estructuras ab initio.

Los científicos del proyecto previeron diferentes fases estables del nitrógeno a presiones en terapascales. Estas incluyen una estructura en capas que presenta una transferencia de cargas importante. Una sal de nitrógeno metálico es estable a presiones y temperaturas altas, y presenta una distorsión de la densidad de carga inesperada para un elemento bajo condiciones extremas.

Se definió la estabilidad de las estructuras exóticas sugeridas computando sus espectros de protones. Gracias a este trabajo fue posible conocer mejor los enlaces químicos bajo compresión. También se sentaron las bases para buscar otros cristales moleculares que puedan transformarse en sólidos ampliados y para comprender cómo retenerlos a temperatura ambiente.

Los resultados de AB INITIO AND QMC figuran en una publicación en la prestigiosa revista científica Physical Review Letters.

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Palabras clave

Polimerización, catalizador, cristales moleculares, terapascales, nitrógeno, cuántico, cuanto
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