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El Premio Nobel de Química 2025 recayó recientemente para las estructuras de los compuestos organometálicos, uno de los avances más interesantes de las últimas décadas, ya que permite jugar con la química como si fuesen bloques de construcción.
Un compuesto organometálico es la unión de átomos metálicos con compuestos orgánicos formados por cadenas de átomos de carbono. Para crearlos, se sitúan ambas partes en una misma disolución en concentraciones, temperaturas y presiones muy controladas. De este modo, comienzan a reaccionar y a unirse unos con otros en conformaciones tridimensionales únicas de las que emergen propiedades químicas nuevas. Estas conformaciones se conocen estructuras de compuestos organometálicos o MOFs por sus siglas en inglés.
Para comprenderlo, podemos pensar en una estantería que llega a casa desmontada. Al principio, solo hay compuestos orgánicos (las tablas de madera) y metálicos (tornillos y tuercas) por separado, pero tras aplicar un trabajo muy concreto acabaremos con una estantería. Lo más interesante es que, al juntar todos los ingredientes emerge una nueva propiedad, la estantería puede aguantar libros y mantenerlos ordenados. En el caso de las estructuras organometálicas, también quedan huecos, pero aquí en vez de libros, estos huecos quedan llenos del disolvente o, al extraerlos, de aire.
Y aquí es donde reside la versatilidad de este tipo de materiales. Intercambiando los metales y los compuestos orgánicos es posible lograr estructuras que adsorban (se peguen a) compuestos químicos de interés. Por poner algunos ejemplos, un material denominado MOF-303 tiene una estructura tal que es capaz de unirse y separar las moléculas de agua del aire, lo que lo convierte en un potente aliado para lograr obtener agua en las zonas más áridas.
Otro, con el nombre poco memorable de CALF-20, extrae el CO₂ del aire, por lo que podría ayudar con la descarbonización. Y así, jugando con los átomos, han conseguido desarrollar materiales para almacenamiento de gases, descontaminación de los “químicos eternos”, extracción de metales raros… Para cada problema, una solución.
Los puntos clave en este tipo de materiales son, por tanto, las cavidades que se crean en la propia estructura molecular del material. Esto permite aumentar enormemente su superficie. Fernando Gomollón Bel, doctor en Química Orgánica y cofundador de Agata Communications lo explica de la siguiente forma: "Son materiales muy porosos, como esponjas, que tienen muchos canales en su interior y, por tanto, mucha superficie interna".
Durante la ceremonia de entrega, el comité ha nombrado el ejemplo de MOF-5, un material desarrollado por el Dr. Yaghi, en el año 2003 que tiene una superficie de 2200 metros cuadrados por centímetro cúbico. Es decir, que una pieza del tamaño de un dado reglamentario de 16mm de lado tendría la superficie equivalente a un campo de fútbol. Debido al tamaño de sus poros, este material es capaz de almacenar una gran cantidad de hidrógeno en su interior, por lo que es muy interesante para ciertas industrias.
"Pero lo más interesante, continúa Gomollón, es que se pueden hacer muchas reacciones". Además de atrapar compuestos, estas estructuras se pueden modificar para hacerlas funcionales.
Es decir, si en vez de dejar las cavidades vacías se añaden catalizadores, sustancias que permiten acelerar reacciones químicas, es posible diseñar MOFs que no sólo almacenen un compuesto contaminante, sino que también, una vez atrapado, lo degrade en sustancias inofensivas.
Por tanto, como indica Catalina Biglione, investigadora titular de la Unidad de Materiales Porosos Avanzados de IMDEA energía: "En mis más de cuatro años de trabajo en este campo, he podido comprobar su extraordinaria versatilidad: desde la captura de contaminantes, hasta su uso en aplicaciones de energía para pilas de combustibles o incluso en tratamientos innovadores dentro de la nanomedicina. Este premio no solo celebra un avance científico, sino que destaca una plataforma tecnológica con un potencial transformador".
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