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Los científicos de materiales están particularmente interesados en las nanopartículas debido a sus excepcionales propiedades físicas y químicas. Las nanopartículas pueden ser tan pequeñas como un nanómetro o tan pequeñas como una milmillonésima de metro. Sólo pueden observarse con un microscopio electrónico altamente especializado y son invisibles a simple vista.
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Según Anne Bentley, profesora del departamento de química del Lewis & Clark College de Portland, Oregón, el tema de la nanociencia fue posible gracias a los avances en la tecnología de imágenes en los años 1990 y principios de los 2000.
Creo que mucha química está más allá de lo que la gente puede tener en sus manos. Puedes obtener evidencia de lo que está sucediendo, pero todavía estás examinando algo demasiado pequeño para que tus ojos lo vean. Todo lo que puedas hacer para agrandarlo será útil.
Anne Bentley, profesora asociada de química, Lewis & Clark College
Bentley creó representaciones tridimensionales de las formas geométricas más básicas que pueden adoptar las nanopartículas. Es coautora de un estudio titulado «Introducción a los planos de celosía, facetas de cristal y control de la forma de nanopartículas», publicado en Revista de educación química.
Ella ha dado las instrucciones para proporcionar estos modelos, que pueden estar hechos de papel o material de impresión 3D.
Una introducción para estudiantes de química de materiales.
Las nanopartículas consisten en átomos dispuestos en un patrón tridimensional y pueden adoptar una variedad de patrones geométricos. Al igual que los cortes de una piedra preciosa, las formas tienen superficies planas llamadas planos o facetas. Según Bentley, la configuración de los átomos en estas superficies cristalinas influye en las propiedades únicas del material.
Bentley añadió: “Las formas surgen de este empaquetamiento de átomos. La motivación para crear diferentes formas en realidad proviene de la disposición de los átomos cuando el material se corta de diferentes maneras en diferentes niveles cristalinos.«
Bentley identifica las formas de bajo índice como las tres formas más fáciles de cortar una estructura, y este es el foco de sus estudios.
“Hay formas mucho más complejas de cortarlo, pero estos son los tres métodos básicos, haciéndolos de seis, ocho o doce lados: cubo, octaedro o dodecaedro rómbico. Fue una elección natural centrarse en estos tres en este artículo.“Bentley explicó.
Convertir un “revoltijo de números” en formas
Bentley explicó además: “La nanociencia es un tema que se encuentra en el plan de estudios entre la química y la física, así como entre la investigación de licenciatura y maestría. Es importante que los aspirantes a químicos de materiales tengan un conocimiento básico de los planos, facetas y direcciones de crecimiento del cristal. También es necesario comprender el sistema de notación de tres dígitos utilizado para indexar estos atributos, llamado índices de Miller. De lo contrario, este sistema puede parecer una misteriosa mezcla de números.«
Consideró que era importante proporcionar una base de información de una manera fácilmente accesible para que los maestros puedan ayudar a crear conciencia sobre este importante y creciente tema. Bentley cree que poder sostener los modelos en las manos tiene beneficios, aunque se pueden crear digitalmente estructuras más complicadas que las impresas en 3D utilizando herramientas de simulación por computadora.
Ella añadió, «Me gustan las cosas que puedo mirar y pensar.«
Afirmó además que los modelos 3D son extremadamente valiosos para desarrollar la comprensión de este importante tema de la nanociencia.
Cultivar partículas de oro para convertir el dióxido de carbono
Bentley y sus estudiantes trabajan en el laboratorio de Bentley, manipulando átomos de oro en viales de líquido para cambiar la forma de las nanopartículas.
Ella añadió, «Simplemente hay que crear las condiciones y temperaturas adecuadas, un entorno propicio para el crecimiento de una forma particular.«
Bentley está interesado en las nanopartículas de oro debido a sus capacidades catalíticas o su capacidad para acelerar procesos químicos. Explicó que la forma en que se corta el material revela diferentes patrones atómicos. Estudios anteriores han descubierto que una forma particular de nanopartículas de oro, el dodecaedro rómbico de doce lados, puede convertir con mayor éxito el dióxido de carbono en materiales combustibles.
Bentley concluyó: “Es como reciclar. Esta forma de nanopartículas permite a los investigadores no sólo eliminar el dióxido de carbono de la atmósfera, sino también convertirlo nuevamente en un tipo de combustible que pueda usarse. Entonces, si podemos cultivar partículas que solo tengan esta faceta, eso es una verdadera ventaja.«
Referencia de la revista:
Bentley, Alaska, et. Alabama. (2023) Una introducción a los planos de la red, las facetas de los cristales y el control de la forma de las nanopartículas. Revista de educación química. doi:10.1021/acs.jchemed.3c00371.
Fuente: https://www.lclark.edu/
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