Monday :: 20 / 10 / 2014

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Noticia : En el número de esta semana de la prestigiosa revista estadounidense Science

Experimento de física

Se publica en Science un experimento de física de superficies realizado por investigadores de la Universidad Autónoma de Madrid.


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Experimento de física

Experimento de física

Esta semana se publican los resultados de un experimento diseñado y realizado por un equipo de científicos españoles especialistas en física de superficies, dirigidos por Daniel Farías. Dicho experimento se llevó a cabo en el Laboratorio de Superficies de la Universidad Autónoma de Madrid (LASUAM), que cuenta con dos equipos de haces moleculares de alta resolución, instalados recientemente con fondos para I+D de la Comunidad de Madrid y del Ministerio de Educación y Ciencia. Este equipamiento ha permitido que el LASUAM se convierta en uno de los dos centros de referencia mundial en este importante campo de la física experimental.

La importancia y repercusión que este experimento está teniendo en la comunidad científica internacional, se debe a que permite seguir utilizando un procedimiento simplificado de cálculo (método llamado de aproximación adiabática o de Born-Oppenheimer, quienes lo formularon en 1927) para el estudio teórico de las interacciones o reacciones que se producen entre gases y superficies sólidas.

Estas reacciones, de gran importancia aplicada, se conocen técnicamente como catálisis heterogénea y se producen, cuando una superficie sólida (metálicas, en general) se emplea para acelerar una reacción entre gases, tales como, por ejemplo, el hidrógeno y el oxígeno.

Se trata de un proceso químico de enorme importancia en nuestra vida diaria: el 90% de los procesos de fabricación de productos químicos a escala mundial emplean este tipo de reacciones en una forma u otra. Así, por ejemplo, se usa muy ampliamente para limpiar los gases de escape de los automóviles, o en la fabricación del amoníaco a partir de moléculas de nitrógeno e hidrógeno que reaccionan sobre una superficie de hierro. La producción del amoníaco consume el 1% de la energía mundial, y es imprescindible en la agricultura y la industria alimenticia que de ella se deriva, pues el amoníaco es un compuesto básico para la industria de los fertilizantes.

Recientemente, una serie de experimentos habían puesto en entredicho la validez del método de Born-Oppenheimer para el tratamiento teórico de estas reacciones de catálisis en superficies, tratamiento que es, en general, enormemente complicado. La importancia de comprobar de forma directa y concluyente la validez del método antes citado radica no solo en que éste simplifica mucho los cálculos, sino que, de momento, no tiene alternativa, por lo que su no validez hubiese puesto en vía muerta toda la investigación y el desarrollo de este importante campo de la física teórica, experimental y aplicada (un ejemplo de aplicación práctica que se puede beneficiar en un futuro de la validez de este método de cálculo teórico son las pilas de combustible de hidrógeno, que podrían contribuir a reducir la contaminación producida por los automóviles).

La novedad de los experimentos realizados por Daniel Farías y colaboradores, consiste en que se ha medido con gran precisión la difracción de moléculas de hidrógeno por una superficie de platino, en un amplio rango de ángulos y energías incidentes (la difracción consiste en el ?rebote? en direcciones bien definidas de las moléculas gaseosas incidentes en la superficie).

Estos resultados se han complementado con cálculos basados en la teoría cuántica y según el método simplificado de Born-Oppenheimer realizados en el grupo de G.J. Kroes, de la Universidad de Leiden.

El excelente acuerdo obtenido entre teoría y experimento demuestra que la aproximación simplificada de Born-Oppenheimer describe de manera adecuada esta clase de sistemas. Se trata, pues, de un resultado sumamente importante, no sólo porque el hidrógeno molecular juega un papel fundamental en muchas reacciones de catálisis (como la ya mencionada del amoníaco, o la hidrogenación de gasolinas), sino porque deja abierta la posibilidad de que esta aproximación sea válida también para moléculas más complejas, como la del oxígeno, el monóxido de carbono o el nitrógeno.







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