Las moléculas: cuando la luz te ayuda a vibrar.

El profesor del CSIC José Vicente García Ramos ha escrito un libro ideal para todo aquel que quiera iniciarse en los fundamentos de la espectroscopía. Muy particularmente si los intereses del lector se centran en la modalidad que conocemos como Raman. Se trata de un texto que se puede dividir en dos partes bien diferenciadas. Durante aproximadamente el primer tercio, se hace una descripción general de los fenómenos atómicos y subatómicos que subyacen al comportamiento de las moléculas y de cómo, precisamente por eso, podemos estudiarlos mediante el empleo de técnicas espectroscópicas. Se trata de una introducción muy informativa, asequible a todo tipo de público. Durante la segunda parte, más o menos a partir del capítulo 3, se empieza ya a profundizar en las características de los instrumentos empleados y en las aplicaciones de la mencionada espectroscopía Raman. El texto sigue siendo extraordinariamente interesante e informativo pero, tal vez porque no pueda ser de otra forma, pierde gran parte de su carácter divulgador y se convierte en un manual útil para un lector algo más especializado. El carácter divulgativo se recupera, sin embargo, en el último capítulo, en el que se describen las principales aplicaciones de las técnicas descritas a lo largo del libro que nos ocupa.

El texto comienza haciendo honor a su título, definiendo qué es una molécula y todo lo que ello implica. Es decir, se van explicando de forma muy asequible y amena los conceptos de átomo, enlace, tipos de enlace, etc. Todo ello constituye un breve y completo resumen de química elemental, incluyendo la tabla periódica y la nomenclatura. Se tratan la teoría atómica de Dalton, la ley de la conservación de la materia de Lavoisier y los distintos modelos atómicos, por ejemplo.

Como se sugiere en el primer párrafo de esta reseña, el autor recurre a ejemplos muy asequibles para describir complejos conceptos abstractos de química y física. Por ejemplo, la comparación entre las vibraciones de un enlace y las de las cuerdas de un instrumento musical. Cada molécula tendría así su acorde característico dentro de la orquesta de la química. A quien escribe estas líneas le ha resultado especialmente inteligente, por ejemplo, el recurso al concepto de átomo feliz para describir la naturaleza del enlace químico y muy especialmente la del covalente. Como bien nos explica el profesor García Ramos, en el enlace iónico hay un átomo que da (electrones) y otro que recibe, para que ambos puedan ser felices. Bien es sabido por todos que compartir es una de las claves de un matrimonio feliz... Y que, en la misma línea, no todos los matrimonios comparten por igual, como ocurriría con un enlace covalente, sin que esto necesariamente merme la felicidad de los cónyuges (átomos, en este caso).

El segundo capítulo, dedicado a la historia del descubrimiento de la naturaleza de la luz, también es de fuerte carácter divulgador. Pienso que todo el mundo ha oído ya hablar hoy en día de la dualidad onda-corpúsculo de las radiaciones electromagnéticas. Considerar que la luz está formada por corpúsculos, por partículas, no permite explicar fenómenos como la difracción o las interferencias, pero es esencial para entender el efecto fotoeléctrico, por ejemplo. Esta explicación desemboca en la descripción de la naturaleza y desarrollo de las fuentes de luz que conocemos como láseres. Un tipo de rayo lumínico que cuando se inventó, en torno a 1960, no parecía ser sino un divertimento académico y, como suele ocurrir con los descubrimientos de ciencia básica, ha terminado convirtiéndose en una herramienta habitual, presente en todas nuestras actividades diarias. Y si no, que se lo pregunten, por ejemplo, a Messi o a Ronaldo, que lo sufren con resignación cada vez que tienen que sacar una falta... Bromas aparte, creo que todos estamos al tanto de que los láseres son un elemento imprescindible de infinidad de dispositivos como lectores de discos y códigos de barras, bisturís quirúrgicos, impresoras, etc., etc.

Las moléculas se mueven, giran, vibran; sobre todo si forman parte de gases o líquidos. Este movimiento supone una energía cinética que se transforma en calor. Y hay muchas, muchísimas, que, aunque sean químicamente iguales, se mueven con energías ligeramente diferentes. Por eso, cuando utilizamos la luz para estudiar cómo se mueven las moléculas, cuál es su energía, obtenemos una colección de resultados muy parecidos que llamamos espectro. Y para registrar los espectros utilizamos instrumentos que se llaman espectrofotómetros. Es a esta instrumentación a al que se dedica el tercer capítulo. Y no se centra únicamente en la luz que vemos, la visible, sino que también se ocupa de la zona ultravioleta y, muy especialmente, del infrarrojo. Se trata de un capítulo muy completo, bien explicado, pero que, como ya se apuntaba al principio de estas líneas pierde su carácter divulgativo. En mi opinión, por ejemplo, la definición de espectro no es fácilmente asequible a los no iniciados.

En esa línea, el texto va aumentando ligeramente su complejidad para centrarse específicamente en la espectroscopía Raman. Una espectroscopía que se enfoca en el estudio de las vibraciones existentes en los enlaces que se establecen entre los átomos de las moléculas; las moléculas que vibran y dan su título al libro. Vibraciones que son una característica de su naturaleza. En definitiva, el espectro Raman de una molécula vendría a ser como su DNI químico, su huella digital.

Los tres últimos capítulos se centran en las principales aplicaciones del la espectroscopía Raman. El cuarto, más concretamente, trae a colación uno de los temas más de moda en los ámbitos científicos: los nanomateriales, las nanopartículas. Todo lo que lleva el prefijo nano se rodea hoy en día de un halo especial, aunque muchas veces este olor de santidad científica no esté completamente justificado. Y hay que reconocer que el autor de este texto que nos ocupa ha hecho un esfuerzo para explicar correctamente estos conceptos y dibujar con maestría las fronteras que separan lo que es realmente nano de otras cosas que pretenden pasar como si lo fuesen. Leyendo este capítulo se comprende muy bien cuál es exactamente el mundo de lo nano y por qué merece un tratamiento aparte. Obviamente, tras esta definición, el profesor García Ramos vuelve sobre las aplicaciones de la espectroscopía Raman en este ámbito que, concretamente, se engloban bajo la denominación de espectroscopía SERS (Surface-Enhanced Raman Scattering) o dispersión Raman amplificada por superficie. Una modalidad espectroscópica aplicable también a otro de los campos más de moda en la actualidad, el estudio de moléculas únicas, al que se dedica el capítulo 5. Estudiar una única molécula era algo impensable hasta la invención del microscopio de fuerza atómica en los años 80 del siglo XX. Como bien menciona el autor del libro, esta invención no supuso sólo un increíble avance técnico, sino que implicó un completo cambio de mentalidad. Así la espectroscopía Raman también tendría mucho que decir en esta área, especialmente en la modalidad que supone el estudio de moléculas confinadas en un volumen tan pequeño, y a tal dilución, que los efectos observados serían el resultado de la vibración de los enlaces de una sola de ellas. Este capítulo, sin embargo, mantiene, como los dos anteriores, un carácter mucho menos divulgador y es menos asequible al lector no especializado que los primeros. En mi opinión, por ejemplo, no queda suficientemente claro qué ventajas puede acarrear el estudio de una molécula individual sobre la aproximación clásica de estudiar miles de millones de ellas y obtener un espectro representativo de la población promedio presente en la mezcla.

Finalmente, en el último capítulo, el sexto, se recupera plenamente el aspecto divulgador del texto. En este caso el profesor García Ramos hace una magnífica descripción no sólo de los ’qués’ (qué moléculas podemos estudiar), sino sobre todo de los ’por-qués’. Por qué debemos estudiar las moléculas que aparecen a lo largo del capítulo y por qué la espectroscopía Raman, en sus diversas modalidades, representa la herramienta ideal para ello. Una descripción que no se limita a la física y a la química clásicas, sino que va más allá y busca el futuro de esta técnica en aplicaciones que implican a otros campos como las técnicas de imagen en medicina o el estudio de restos arqueológicos.

En definitiva, como se mencionaba al principio, se trata de un texto muy recomendable. Muy ameno y fácil de leer. Todo aquel que quiera conocer los fundamentos de la espectroscopía, en general, y de su modalidad Raman, en particular, encontrará en esta breve lectura una ayuda inestimable.