El problema de los enantiómeros en química cuántica

JUAN CAMILO MARTÍNEZ GONZÁLEZ; SEBASTIAN FORTIN; OLIMPIA LOMBARDI

Aguas de Lindoia

Congreso; X Congreso Internacional de la Asociación de Filosofía e Historia de la Ciencia del Cono Sur; 2016

Asociación de Filosofía e Historia de la Ciencia del Cono Sur (AFHIC)

Elproblema de la reducción de la química a la física, en particular, a lamecánica cuántica, es una de las cuestiones candentes de la filosofía de laquímica actual. Elproblema encuentra una de sus principales manifestaciones en el debate acercade la naturaleza de la estructura molecular, dada por la disposición espacialde los núcleos en una molécula. Los desacuerdos no se refieren a una nociónauxiliar o secundaria, sino a un concepto central de la química molecular: la estructuramolecular es el principal factor en la explicación de la reactividad química.Diversos autores han señalado que la imposibilidad de derivar la estructuramolecular de la mecánica cuántica no es la consecuencia de nuestro conocimientoparcial de los sistemas moleculares en el marco teórico de la mecánicacuántica, sino el resultado de una ruptura conceptual entre mecánica cuántica yquímica molecular. Si bien esta postura ha sido defendida mediante diferentesargumentos, el caso del isomerismo óptico, en particular, de los enantiómeros, esquizás el desafío más claro a la perspectiva reduccionista.Loscompuestos, que contienen la mismacantidad de átomos pero difieren en su disposición espacial, se denominan isómeros. Los isómeros se dividen en dosgrandes grupos. Los isómeros estructuralesson aquellos que contienen la misma cantidad y tipo de átomos en su fórmulaempírica, pero difieren en la manera como están conectados sus átomosconstituyentes. Por otra parte, los isómeros que contienen la misma cantidad ytipo de átomos y, además, las mismas conexiones interatómicas se denominan estereoisómeros,y sólo difieren en la distribución espacial de sus átomos. Dentro de este grupo,los isómeros ópticos o enantiómerosson compuestos cuyas moléculas son imágenes especulares que no puedensuperponerse. La propiedad que diferencia a los miembros de un par de isómerosópticos se denomina quiralidad.Ahorabien, cuando se pretende brindar la descripción mecánico-cuántica de unamolécula, se debe formular el hamiltoniano del sistema, que depende de lasinteracciónes coulombianas de las partículas que lo componen. Por lo tanto, elhamiltoniano sólo depende de las distancias entre las partículas componentes dela molécula; en particular, si sólo se consideran los núcleos atómicos, elHamiltoniano depende únicamente de las distancias inter-nucleares. Pero en elcaso de los isómeros ópticos, las distancias interatómicas son iguales para losdos miembros del par. Esto significa que para dos enantiómeros con la mismacomposición que difieren sólo por su quiralidad, el Hamiltoniano es exactamenteel mismo. Es importante resaltar que este hecho no depende de aproximaciones oidealizaciones, como la aproximación Born-Oppenheimer, sino que es consecuenciade la forma particular del hamiltoniano de las moléculas quirales.Algunosautores han argumentado que el fenómeno de la decoherencia brinda una soluciónal problema. No obstante, una reflexión detenida acerca de la teoría de ladecoherencia pone de manifiesto que, así como ésta no resuelve el problema dela medición, tampoco brinda una respuesta al problema de los enantiómeros. Enefecto, puesto que los estados quirales no son autoestados del Hamiltoniano ycada molécula se encuentra en un estado de superposición de ambos estados, ladecoherencia no anula la superposición y se continúa careciendo de la respuestaa la pregunta de por qué las moléculas quirales tienen una quiralidad definida.Enel presente trabajo argumentaremos que la cuestión de los enantiómeros exige elcompromiso con una interpretación de la mecánica cuántica que resuelvaadecuadamente el problema de la medición. En particular, mostraremos que laInterpretación Modal-Hamiltoniana, que selecciona al hamiltoniano como elobservable que siempre adquiere valor definido y que rige la selección de losrestantes observables con valor definido, brinda una respuesta adecuada alproblema.