El «ménage à trois» de la química

Un nuevo proceso de reacción podría prever casos tan complejos como la evolución de la contaminación o la vida extraterrestre.

¿Es usted químico o química? ¿Al menos recuerda algo de cuando estudió química en el bachillerato? Si es así, quizás sepa que existen tres tipos de reacciones químicas que explican, grosso modo, el modo en el que se conforman las cosas varias de la naturaleza en virtud del número de moléculas que se ven involucradas. En el mundo que conocemos no puede haber reacciones con más de tres moléculas implicadas (es lo que los técnicos y usted, si recuerda el colegio, llamarían molecularidad). La molecularidad establece tres tipos de reacción: unimoleculares, cuando un reactivo solitario experimenta un cambio que genera un producto distinto; bimoleculares, cuando dos reactivos se juntan o colisionan para dar como resultado otro producto; termoleculares, dos moléculas reactivas se unen y forman un subproducto molecular que a su vez se ve afectado por una tercera molécula.

Por decirlo de otro modo, en la sociedad de las reacción químicas sólo existen tres tipo de relación permitida: la soledad, la pareja estable y, muy pero que muy raramente, un tipo de trío que implica una pareja y un extraño que pasaba por ahí.

Pero un estudio publicado ayer en la Universidad de Columbia parece venir a complicar las cosas con algo más de libertinaje químico. El trabajo ha sido diseñado por el profesor de ingeniería mecánica Michael Burke y viene a demostrar que existe un cuarto tipo de reacción química según la molecularidad. En ella existen también tres elementos aunque, en este caso, los tres intervienen por igual en el proceso de creación de subproductos (no hay uno que sólo «mira»).

El proceso es posible gracias a la existencia de un proceso de «colisión efímera». En definitiva se ha roto uno de los paradigmas de la química: la idea de que tres moléculas no podrían reaccionar entre sí a la vez.

Esta nueva reacción había sido imaginada previamente por químicos como Hinshelwood y Semenov en los años 30 (de hecho, recibieron Nobel de química por ello) bajo el nombre de «reacción químicamente tremolecular», pero nunca se había podido demostrar su existencia y su importancia parecía pequeña a ojos de la química moderna. Nadie había querido estudiarlas antes. Burke ha venido a sacarlas del olvido. ¿Y por qué? Este investigador trabaja en la frontera entre la química y la ingeniería y siempre ha percibido que las situaciones comunes de combustión (como las que ocurren en muchos motores) generan grandes cantidades de moléculas reactivas llamadas radicales libres, difíciles de explicar.

De hecho, la combustión ha sido siempre el punto de partida para explicar muchas de las cosas que ocurren en química. El origen mismo de la ciencia química surge, en parte, cuando los primeros científicos comenzaron a preguntarse qué ocurre con la materia que desaparece tras quemarse.

Y siguiendo ese mismo proceso de curiosidad intelectual que iluminó a los padres de la química, Burke ha abierto los ojos a la ciencia sobre una nueva modalidad reactiva.

¿Sirve todo esto para algo? Evidentemente a Burke, quizás para pasar a los libros de historia, pero al resto de los mortales para mucho más. Hay infinidad de procesos, sobre todo en la moderación de la química de los gases, en los que esta nueva reacción puede intervenir: desde el diseño de nuevos tipos motor al estudio de la química planetaria responsable de la formación de nubes. Desde el modo en el que los gases contaminantes se dispersan por una ciudad hasta el cambio climático. Todo aquello que implica la reacción entre sí de moléculas con un gas podría explicarse de manera novedosa con este descubrimiento.

Un ejemplo concreto: cuando una nave espacial regresa a la Tierra, el vehículo experimenta temperaturas muy altas y procesos de reacción química gaseosa muy complejos. Con el hallazgo de Burke, quizás se puedan entender mejor esas reacciones y mejorar el diseño de las naves para mejorar los sistemas de seguridad.

El reto ahora es incorporar los conocimientos de este cuarto tipo de reacción a la química convencional y permitir cálculos precisos de estas reacciones químicamente termoleculares en cualquier tipo de ambiente. De ese modo se podrían prever procesos tan complejos como la evolución de la contaminación terrestre o la posible existencia de vida en otros planetas.