Crioquímica

La crioquímica es el estudio de las interacciones químicas a temperaturas inferiores a −150 °C (−238 °F; 123 K) . ^{[ 1 ]} Proviene de la palabra griega cryos , que significa «frío». Se solapa con muchas otras ciencias, como la química , la criobiología , la física de la materia condensada e incluso la astroquímica .   

La crioquímica ha sido un tema de interés desde que el nitrógeno líquido , que se congela a -210 °C, se generalizó. Las interacciones químicas a temperaturas criogénicas constituyen un mecanismo importante para estudiar las vías detalladas de las reacciones químicas, al reducir la confusión introducida por las fluctuaciones térmicas. La crioquímica sienta las bases de la criobiología , que utiliza procesos biológicos ralentizados o detenidos con fines médicos y de investigación.

A medida que un material se enfría, el movimiento relativo de sus moléculas/átomos disminuye; su temperatura baja. El enfriamiento puede continuar hasta que cesa todo movimiento y su energía cinética , o energía de movimiento, desaparece. Esta condición se conoce como cero absoluto y constituye la base de la escala de temperatura Kelvin , que mide la temperatura por encima del cero absoluto. Cero grados Celsius (°C) equivale a 273 Kelvin.

En el cero absoluto, la mayoría de los elementos se convierten en sólidos, pero no todos se comportan de forma tan predecible; por ejemplo, el helio se convierte en un líquido muy inusual . Sin embargo, la química entre sustancias no desaparece, incluso cerca del cero absoluto, ya que las moléculas/átomos separados siempre pueden combinarse para disminuir su energía total. Casi todas las moléculas o elementos mostrarán propiedades diferentes a distintas temperaturas; si la temperatura es lo suficientemente baja, algunas funciones se pierden por completo. La química criogénica puede conducir a resultados muy diferentes en comparación con la química estándar, y pueden existir nuevas rutas químicas para la obtención de sustancias a temperaturas criogénicas, como la formación de fluorohidruro de argón , que solo es un compuesto estable a 17 K (−256,1 °C) o menos .  

Un método utilizado para enfriar moléculas a temperaturas cercanas al cero absoluto es el enfriamiento láser . En el proceso de enfriamiento Doppler , se utilizan láseres para extraer energía de los electrones de una molécula determinada, ralentizando o enfriando así la molécula. Este método tiene aplicaciones en mecánica cuántica y está relacionado con las trampas de partículas y el condensado de Bose-Einstein . Todos estos métodos emplean una "trampa" compuesta por láseres apuntando en ángulos ecuatoriales opuestos hacia un punto específico del espacio. Las longitudes de onda de los haces láser inciden finalmente sobre los átomos gaseosos y sus electrones de rotación externa. Este choque de longitudes de onda disminuye el estado de energía cinética fracción a fracción, ralentizando o enfriando las moléculas. El enfriamiento láser también se ha utilizado para mejorar los relojes atómicos y la óptica atómica. Los estudios de ultra-frío no suelen centrarse en las interacciones químicas, sino en las propiedades químicas fundamentales.

Debido a las temperaturas extremadamente bajas, diagnosticar el estado químico es un problema fundamental al estudiar la física y la química a bajas temperaturas. Las técnicas principales que se utilizan actualmente son ópticas; existen muchos tipos de espectroscopia, pero estos requieren aparatos especiales con ventanas de vacío que permiten el acceso a temperatura ambiente a los procesos criogénicos.

• Termoquímica
• Criogenia
• Condensado de Bose-Einstein

• Moskovits, M., y Ozin, GA, (1976) Crioquímica , J. Wiley & Sons, Nueva York
• Dillinger, JR (1957). Física y química de bajas temperaturas (editado por Joseph R. Dillinger). Madison, Wisconsin: University of Wisconsin Press.
• Naduvalath, B. (2013). "Moléculas ultrafrías".
• Phillips, WD (2012). "Enfriamiento láser"
• Parpia, JM y Lee, DM (2012). "Cero absoluto"
• Hasegawa, Y., Nakamura, D., Murata, M., Yamamoto, H., & Komine, T. (2010). "Control y estabilización de temperatura de alta precisión mediante un criorefrigerador. Review of Scientific Instruments", doi:10.1063/1.3484192

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