El descubrimiento de un raro polímero de yodo es la clave del misterio del almidón y el yodo

En la búsqueda de una nueva clase de materiales fotovoltaicos, los investigadores de la Universidad de California en Santa Bárbara dieron con un descubrimiento totalmente diferente que aborda un misterio centenario de la química: ¿Por qué una solución de yodo se vuelve azul-negra cuando se añade almidón a la mezcla?

El mecanismo estructural-químico exacto que provoca la intensa desviación de la luz azul durante esta transformación ha sido objeto de activa especulación hasta este momento. Para arrojar luz sobre este mecanismo, los investigadores de la UCSB de los laboratorios de los profesores de materiales Fred Wudl y Ram Seshadri informan de la primera observación de polímeros cristalinos de yoduro infinito, descubiertos como parte de un complejo de pirroloperileno-yodo, un semiconductor orgánico que contiene yodo. Su artículo, Infinite Polyiodide Chains in the Pyrroloperylene-Iodine Complex (link is external), se ha publicado recientemente en Angewandte Chemie.

Estudiantes universitarios

«Todos los estudiantes universitarios que cursan estudios de introducción a la química aprenden a valorar el yoduro con una solución de tiosulfato como parte del plan de estudios. Se añade almidón como indicador de yodo para detectar el punto final», explicó Seshadri. «Cuando añades yodo al almidón de la patata en solución, se vuelve de un color azul-negro oscuro».

Esta transformación del complejo de almidón y yodo, descubierta hace casi exactamente 200 años, se utiliza en las aulas como herramienta didáctica fundamental en química y bioquímica, como la demostración de la acción de la amilosa, la enzima que descompone el almidón, en la saliva humana, o la química que hay detrás de los bolígrafos de detección de billetes falsos.

Tras dos siglos de descubrimientos científicos, los investigadores de la UCSB utilizaron una técnica llamada espectroscopia Raman, que observa los patrones de dispersión de la luz de una molécula que puede ser una huella dactilar única, para estudiar las cadenas de yodo en un complejo semiconductor de pirroloperileno-yodo. Inicialmente se propusieron estudiar este prometedor material semiconductor orgánico como parte de una nueva clase de materiales generadores de energía solar, un proyecto financiado por el Departamento de Energía de Estados Unidos.

«Determinamos que, cuando el yoduro está en presencia de yodo e intercalado entre moléculas de pirroloperileno, se forma una cadena de polímeros», explicó Wudl. «Sólo hay otro elemento que puede formar su propia cadena polimérica, y es el azufre». Las cadenas poliméricas de un solo elemento son, como mínimo, una rareza.

Cadenas poliméricas

«El problema de las cadenas poliméricas de azufre es que no son cristalinas», continuó Wudl. «Si no hay una molécula que se repita de forma precisa, no se puede determinar dónde están todos los átomos». La estructura cristalina de la cadena de poliyoduro es lo que permitió a los investigadores de materiales de la UCSB observar claramente el yodo en esta forma.

Lo que este descubrimiento significa para el futuro de la química y la ciencia de los materiales, sólo el tiempo lo dirá, según Wudl. «Si le hubieras dicho a alguien en la década de 1950 que algún día habría materiales electrónicos orgánicos, se habrían reído de ti», dijo. «Descubrir nuevas composiciones de la materia suele llevar a nuevos conceptos, y estos conceptos impulsan la tecnología hacia adelante».

Por ahora, coincidieron, el descubrimiento tiene un interés principalmente académico. «Si se sabe dónde están los átomos, se puede utilizar el conocimiento para desarrollar cosas más adelante, como materiales funcionales para la nueva electrónica», dijo Seshadri. «En este momento, podemos decir con confianza que esto es algo para los libros de texto de química».

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