Por primera vez, un equipo internacional ha rastreado en BESSY II cómo las moléculas pesadas (en este caso bromoclorometano) se rompen en fragmentos más pequeños cuando absorben la luz de rayos X. Utilizando un método analítico recientemente desarrollado, pudieron observar la dinámica extremadamente rápida de este proceso. En este proceso, los fotones de rayos X desencadenan un “efecto catapulta molecular”: los grupos atómicos más ligeros son expulsados primero, como proyectiles disparados desde una catapulta, mientras que los átomos más pesados (bromo y cloro) se separan más lentamente.
Cuando los rayos X inciden en las moléculas, pueden sacar electrones de órbitas específicas y llevarlos a estados de muy alta energía, rompiendo enlaces químicos. Esto suele ocurrir muy rápidamente, en tan sólo unos pocos femtosegundos (10-15 s). Aunque este fenómeno se ha estudiado en moléculas ligeras como el amoniaco, el oxígeno, el ácido clorhídrico o compuestos simples de carbono, apenas se ha estudiado en moléculas con átomos pesados.
Un equipo de Francia y Alemania ha estudiado la rápida descomposición de las moléculas que contienen halógenos. Se centraron en una molécula en la que los átomos de bromo y cloro están unidos por un puente ligero: un grupo alcalino (CH2). Las mediciones se realizaron en la línea de luz XUV de BESSY II.
La absorción de rayos X rompe los enlaces moleculares y produce fragmentos iónicos que pueden analizarse. A partir de los datos de medición, los científicos pudieron crear un concepto. Muestra cómo los átomos pasan a estados intermedios transitorios justo antes de que se rompan los enlaces. Para ello, el equipo desarrolló un nuevo método de análisis llamado IPA (promedio de pares de iones) y lo combinó con cálculos teóricos ab initio para reconstruir el proceso.
Los resultados muestran que grupos de átomos más ligeros como CH2 son los primeros en extraerse, mientras que los átomos más pesados (bromo y cloro) quedan atrás y, por tanto, se disocian más lentamente. Curiosamente, este comportamiento similar al de una catapulta ocurre sólo con ciertas energías de rayos X. Las simulaciones teóricas, de acuerdo con las observaciones experimentales, enfatizan el importante papel de las vibraciones de grupos ligeros de átomos en el impulso de estas reacciones extremadamente rápidas.
“Este estudio arroja luz sobre la dinámica única de la degradación molecular tras la irradiación de rayos X”, afirma la Dra. Oksana Travnikova (CNRS, Universidad Sorbona, Francia), primera autora del estudio ahora publicado. J. Phys Chem Lett. En particular, muestra que el movimiento de catapulta de los cúmulos de luz inicia la separación de fragmentos más pesados, un proceso que se desarrolla en un período de tiempo muy corto. Estos hallazgos podrían profundizar nuestra comprensión de las reacciones químicas a nivel molecular y de cómo la radiación de alta energía afecta a las moléculas complejas.
