Una nueva investigación ha encontrado evidencia de una unión de un solo electrón entre dos átomos de carbono. Este hallazgo reescribirá los libros de química y podría cambiar nuestro entendimiento de los enlaces entre átomos.

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¿Por qué el carbono es el elemento indispensable para la vida?

A principios del siglo XIX, los científicos creían que las reacciones químicas que ocurrían en los seres vivos no podían existir en la materia inerte y viceversa. Como si se rigieran por leyes distintas, la química de los seres vivos se llamaba orgánica y la química de los minerales se llamaba inorgánica.

Como cuenta Isaac Asimov en Grandes ideas de la ciencia (Alianza), fue el químico Friedrich Wöhler quien descubrió que no existían leyes distintas para los seres vivos y para las rocas. El científico demostró que si se calentaba cianato amónico, esta sustancia inorgánica se convertía en urea, una sustancia orgánica.

Conforme avanzó la química se llegó a otro gran descubrimiento: todos o casi todos los compuestos orgánicos, es decir, aquellos relacionados con los seres vivos, incluían un elemento: el carbono. Podría decirse que este elemento de seis protones era el ajonjolí de todos moles orgánicos. De ahí que la química orgánica sea, a grandes rasgos, el estudio de la química del carbono.

El carbono, presente en todas las formas de vida y hasta en los diamantes. Foto: Pexels | Ilustrativa

Dicho de otro modo: la vida no existiría sin el carbono. A diferencia de los químicos del XIX, hoy sabemos que toda forma de vida nace de la unión e interacción de materia inerte; y en todas estas moléculas interviene el carbono.

Por eso, hoy en día, cuando los científicos buscan posibles signos de vida en el espacio comienzan analizando si hay compuestos orgánicos. Por lo general, cuando leemos en las noticias que en una luna de Júpiter o un exoplaneta se encontraron compuestos orgánicos, no quiere decir que hayan intervenido microorganismos, sino que se hallaron moléculas que contienen carbono.

Las formas en que se une el carbono

Esta omnipresencia del carbono en la química de la vida se debe a que este elemento cuenta con una versatilidad única, que le permite agruparse y unirse a otros átomos de múltiples formas. La misma versatilidad que hace que este elemento sea capaz de formar desde el grafito de los lápices hasta los diamantes.

No obstante, en la escuela nos enseñan que los átomos de carbono pueden unirse entre ellos de tres maneras específicas:

El enlace simple, donde los átomos comparten dos electrones
El enlace doble, donde comparten dos pares de electrones
El enlace triple, donde se unen tres pares de electrones

El enlace covalente ejemplificado con una clavija de dos pines. Foto: Pexels | Ilustrativa

Los átomos de carbono se pueden unir a través de un solo electrón

Como se nota en el anterior esquema, las uniones entre átomos de carbono siempre ocurren en pares. Es como si los enlaces entre átomos de carbono fuesen como la unión entre una clavija y un enchufe, donde la electricidad no puede fluir si hace falta un pin en la clavija.

Sin embargo, esta visión del enlace covalente podría cambiar de forma radical. Tres científicos de la Universidad de Hokkaidō han presentado en la revista Nature un estudio que podría reescribir los libros de química. Los investigadores afirman haber encontrado evidencia de una unión covalente de un solo electrón entre dos átomos de carbono.

La idea de que, en ciertas circunstancias, dos átomos de carbono se pueden unir a través de un único átomo lleva un siglo entre nosotros. Sin embargo, hasta ahora no se había conseguido evidencia fehaciente al respecto.

Dos átomos unidos con un enlace sencillo de un solo átomo. Foto: AFP | Archivo

Para cambiar esto, los cuatro científicos japoneses que participaron en esta investigación sintetizaron una molécula recubierta con varios anillos de carbono en el exterior. Después, estos átomos fueron unidos con un enlace covalente simple; es decir, el que depende de dos electrones.

Lo llamativo fue lo que ocurrió después: a través de una reacción de oxidación, los investigadores retiraron uno de estos electrones, por lo que los átomos de carbono quedaron unidos a través de un único enlace.

La débil unión entre átomos con un solo electrón se comprobó con difracción de rayos X y con espectroscopía. En un fraseo infrecuente en esta clase de estudios científicos, los autores no dudaron señalar que han “demostrado inequívocamente” el enlace de un solo electrón.

Los resultados de este artículo demuestran inequívocamente la existencia de un enlace σ de un electrón C•C, que se postuló hace casi un siglo7, y por lo tanto se puede esperar que allane el camino para un mayor desarrollo en diferentes áreas de la química al investigar el límite entre estados enlazados y no enlazados.

Los libros de química serán reescritos.

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