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El tamiz molecular sintético une el agua mejor que las zeolitas

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El tamiz molecular sintético une el agua mejor que las zeolitas

CHAMPAIGN, Ill. — Las zeolitas son una clase extremadamente importante de

Foto cortesía de ME Kosal y K. Suslick
Modelo que llena el espacio de la estructura de un tamiz molecular construido molecularmente.
materiales que pueden separar gases o líquidos en base al tamaño y forma molecular. La columna vertebral de una industria de mil millones de dólares al año, estos tamices moleculares se utilizan en numerosas aplicaciones, desde la producción de materiales biodegradables detergentes, a la eliminación de la humedad de las tuberías de gas natural, al craqueo catalítico de

destilados pesados de petróleo en gasolina.

Ahora, el químico Kenneth S. Suslick y sus colegas de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign han creado una nueva clase de materiales que se parecen a las zeolitas en muchos aspectos. Estos nuevos sólidos moleculares son más del 50 por ciento de espacio vacío que puede atrapar moléculas del tamaño y la forma correctos, incluida el agua. Los científicos informan sobre su descubrimiento en un artículo que ha sido aceptado para su publicación en la revista Nature Materials y publicado en su sitio web www.nature.com/materials.

"Este análogo de zeolita orgánica se une al agua más rápido y con más fuerza que los mejores agentes de secado y tiene una mayor capacidad para almacenar agua", dijo Suslick, profesor de química William H. y Janet Lycan en Illinois. "El material también muestra selectividad de forma, lo que permite que solo entre una estrecha gama de moléculas".

Un mineral natural que consiste en aluminio y silicio, las zeolitas se descubrieron en la Edad Media. En ese momento, las propiedades de un material se probaban calentándolo con una cerbatana. Cuando este material se calentó, se liberó agua hirviendo. El nombre zeolita se deriva de palabras griegas que significan “piedra hirviendo”.

La capacidad de fabricar otros tipos de tamices moleculares ha sido un objetivo importante en la química de materiales. Sin embargo, ese objetivo se ha frustrado porque, para empezar, la mayoría de los sólidos no son porosos, y el proceso de generación de poros hace que la mayoría de los materiales colapsen.

Para construir sólidos nanoporosos robustos que no se basen en sílice y alúmina, los investigadores utilizaron bloques de construcción moleculares mucho más grandes llamados metaloporfirinas, moléculas en forma de rosquilla que unen átomos de metal en el orificio central. Las metaloporfirinas están estrechamente relacionadas con la hemoglobina (el pigmento rojo de la sangre) y la clorofila (el pigmento verde de las plantas).

Al calentar una mezcla de un ácido de porfirina especial y cloruro de cobalto a 200 grados Celsius, Suslick y sus colegas crearon un compuesto llamado PIZA-1 (análogo de zeolita de Illinois porfirínico #1).

“PIZA-1 demostró propiedades notables como tamiz molecular sintético para eliminar el agua de los solventes orgánicos comunes”, dijo Suslick. “Además, debido a que la metaloporfirina tiene un metal en el medio que puede ser catalíticamente activo, existe el potencial para fabricar catalizadores selectivos de forma para fines específicos. No solo podemos absorber selectivamente moléculas en el sólido, sino que también podemos hacer que las moléculas atrapadas sufran reacciones químicas como la oxidación catalítica de los combustibles”.

Las reacciones catalíticas que convertirían los hidrocarburos de la gasolina en los productos químicos que reaccionan para producir polímeros como el nailon aún no son posibles de lograr, dijo Suslick. “Pero la capacidad de usar combustibles fósiles como materia prima química, en lugar de simplemente quemarlos, es una tecnología que será muy importante este siglo”.

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