Especie química

Información clave & Resumen

• Una especie química es un conjunto de entidades moleculares que son químicamente idénticas y pueden explorar los mismos niveles de energía molecular en una escala de tiempo establecida
• Si dos isómeros conformacionales se interconverten lo suficientemente lentamente como para que cada uno sea detectado por diferentes espectros de RMN, se definirían como dos isómeros especies químicas
• En química supramolecular, estructuras supramoleculares cuyas interacciones se han formado mediante la creación o la ruptura de ciertos enlaces intermoleculares se define como la misma especie química

¿Qué significa “especie química”?

En pocas palabras, si un átomo es idéntico a otro átomo, se definen como la misma especie química. Esto también es cierto para las moléculas, en el sentido de que si una molécula es idéntica a otra, son la misma especie química.

Una especie química también se puede definir como un conjunto de entidades moleculares que son químicamente idénticas y pueden explorar los mismos niveles de energía molecular en una escala de tiempo establecida.

Por ejemplo, una botella llena de agua contiene moléculas de exactamente la misma especie química. Además, una barra de oro sólido contiene átomos de la misma especie química.

El término “especie química” también puede referirse a la forma en que existe un producto químico cuando se encuentra en una solución. Por ejemplo, cuando el NaCl se disuelve en solución, en realidad no se encuentra NaCl. Más bien, tienes iones Na+ e iones Cl -, esto se debe a que el NaCl se ha disociado. Como tal, las especies químicas en esta solución serán los iones Na+ y los iones Cl. Esta regla es válida para cualquier electrolito fuerte. Se dice que tienen especies iónicas en solución.

Para los electrolitos que no se disocian en solución, la especie química se define como la misma que antes de añadirse a la solución. Se dice que tienen especies moleculares en solución.

Se sabe que los electrolitos débiles tienen especies iónicas y moleculares en solución – esto se debe a que algunas moléculas se disocian y otras no.

Además de esto, un grupo de moléculas con diferentes isótopos también se clasifican como de la misma especie química.

Especies químicas y RMN

La espectroscopia de RMN (resonancia magnética nuclear) es una técnica química utilizada para determinar la estructura de compuestos químicos orgánicos; también es el único método espectroscópico que proporciona un análisis completo de todo el espectro. Es una técnica no destructiva y requiere tan solo un miligramo del analito para producir buenos datos.

La RMN se basa en la teoría de que todos los núcleos están cargados eléctricamente y poseen espín. Esto significa que si se aplica un campo magnético externo a los núcleos, es posible una transferencia de energía entre el nivel de energía base y un nivel de energía superior. Cuando este giro vuelve a su nivel de base, se emite energía. La frecuencia a la que esto sucede se puede medir y luego procesar para dar un espectro de RMN.

La RMN puede utilizarse para identificar isómeros conformacionales. Estos son isómeros que son producidos a través de la rotación de σ bonos – que también se interconvierten (cambiar entre los dos) muy rápidamente a temperatura ambiente. Un ejemplo de una molécula que hace esto es el butano, que se puede ver en la imagen de abajo.

Esta teoría se vuelve importante cuando se habla de especies químicas. Debido al hecho de que estos isómeros pueden convertirse de una forma a otra, una mezcla de dos isómeros puede convertirse relativamente lentamente. Como hemos discutido antes, las especies químicas se definen como tales en un momento determinado. Esto significa que, si estos dos isómeros se interconverten lo suficientemente lentamente como para que cada uno sea detectado por diferentes espectros de RMN, se definirían como dos especies químicas diferentes. Esto también quiere decir que una mezcla del mismo isómero puede considerarse como la misma especie química, ya que los dos están en equilibrio.

Especies químicas en química supramolecular

Para comprender primero cómo se definen las especies químicas en química supramolecular, debe conocer los conceptos básicos de la disciplina. Supramolecular se refiere al área de la química que se ocupa de cómo las moléculas se unen para formar ‘sistemas’ más grandes a partir de un número discreto de subunidades. Las fuerzas involucradas en la química supramolecular pueden variar desde fuerzas débiles (como enlaces de hidrógeno e interacciones electrostáticas) a fuerzas más fuertes (como enlaces covalentes). Los estudios en esta área de la química se centran principalmente en los enlaces no covalentes más débiles y reversibles entre ciertas moléculas, como:

• Enlaces de hidrógeno
• Fuerzas hidrofóbicas
• Fuerzas de van der Walls
• Coordinación metálica
• Interacciones Pi-pi

El estudio de estos enlaces es especialmente importante en las ciencias biológicas, ya que han demostrado ser importantes en el autoensamblaje y plegado molecular.

En términos de una especie química en química supramolecular, se definen como estructuras supramoleculares cuyas interacciones se han formado a través de la creación o ruptura de ciertos enlaces intermoleculares.