Investigadores del ICMM-CSIC logran observar por primera vez una reacción química átomo a átomo

Un equipo internacional de investigadores ha logrado observar por primera vez, con resolución atómica y en tiempo real, cómo se desarrolla una reacción química, un avance que permitirá comprender con un nivel de detalle sin precedentes los mecanismos fundamentales que rigen la transformación de la materia.

El estudio se llevó a cabo utilizando la técnica de espectroscopia de fotoelectrones de rayos X resuelta en el tiempo (tr-XPS) en el instrumento Small Quantum Systems (SQS) del European XFEL, uno de los láseres de rayos X más potentes del mundo. Gracias a pulsos ultracortos de luz, los científicos pudieron seguir la evolución de una molécula durante apenas unos picosegundos (billonésimas de segundo).

Para ello, un pulso de láser ultravioleta excitó la molécula y, unos instantes después, un pulso de rayos X blandos ionizó átomos concretos, permitiendo medir la energía de los electrones emitidos y reconstruir paso a paso cómo cambiaba el entorno químico de cada átomo. El análisis se completó con simulaciones y modelos teóricos avanzados.

Uno de los hallazgos más relevantes es que cada átomo aporta información distinta sobre la reacción. Mientras algunos revelan cómo se redistribuye la carga electrónica, otros muestran cómo vibra y se reorganiza la molécula durante el proceso.

"Ahora podemos ver que no todos los sitios atómicos cuentan la misma historia", explica Antonio Picón, investigador del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM-CSIC) y uno de los responsables del trabajo. Según el científico, unos átomos permiten seguir el movimiento de la carga y otros reflejan las vibraciones de toda la molécula, ofreciendo una imagen mucho más completa del fenómeno.

Los investigadores consideran que esta metodología abre una nueva vía para estudiar procesos fotoquímicos ultrarrápidos en sistemas mucho más complejos, como moléculas orgánicas funcionales, biomoléculas o materiales para aplicaciones energéticas.

El trabajo demuestra además el enorme potencial de los pulsos de rayos X ultracortos del European XFEL para desentrañar los movimientos más rápidos de la materia, acercando a la comunidad científica a la posibilidad de observar y comprender las reacciones químicas desde su origen, átomo a átomo. 

Referencia: Picón, A. et al.Site-selective mapping of ultrafast electronic and vibrational dynamics with time-resolved X-ray photoelectron spectroscopy. Journal of the American Chemical Society (JACS), 2026. DOI:10.1021/jacs.6c06538

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