Nobel Prize in Chemistry 2025. What are "metal-organic frameworks"?/Nobel química 2025. ¿Qué son las "estructuras metal-orgánicas"?
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A couple of days ago we discussed the Nobel Prize in Physics for the discovery of macroscopic quantum tunneling and the quantization of energy in an electrical circuit, and today we will talk about the award given in Chemistry to scientists Susumu Kitagawa, Richard Robson, and Omar M. Yaghi for the development of so-called metal-organic frameworks, also known as MOFs, which are three-dimensional coordination polymers built from two basic components that self-assemble.
Hace un par de días comentábamos sobre el Premio Nobel en Física por el descubrimiento del túnel cuántico macroscópico y la cuantización de la energía en un circuito eléctrico y hoy hablaremos sobre el galardón otorgado en Química a los científicos Susumu Kitagawa, Richard Robson y Omar M. Yaghi por el desarrollo de las llamadas estructuras metal-orgánicas, también conocidas como MOF, que son polímeros de coordinación tridimensionales que se construyen a partir de dos componentes básicos que se auto ensamblan.
MOFs are highly porous crystalline materials formed by combining metal ions with long organic molecules, creating three-dimensional networks with large internal cavities. These networks allow the creation of materials with large internal cavities, comparable to hotel rooms, where other molecules can enter and exit. These spaces make it possible to store, filter, and release gases and molecules, with an extraordinary internal surface area: for example, a single MOF cube could have a surface area equivalent to a football field.
Las MOF son materiales cristalinos altamente porosos formados al unir iones metálicos con moléculas orgánicas largas, creando redes tridimensionales con cavidades internas de gran tamaño, que permiten crear materiales con grandes cavidades internas, comparables a habitaciones de hotel donde otras moléculas pueden entrar y salir. Estos espacios hacen posible almacenar, filtrar y liberar gases y moléculas, con una superficie interna extraordinaria: por ejemplo, un solo cubo de MOF podría tener una superficie equivalente a un campo de fútbol.
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These structures are composed of metallic nodes (or metal ions) that act as pillars and connecting centers, and organic ligands, which are long carbon molecules that connect these nodes and form the three-dimensional crystal lattice. Combining both elements results in a porous, stable, and adaptable structure, with properties that can be tuned through the selection of basic components. Its high versatility allows the design of tailor-made materials to capture, store, or catalyze specific substances.
Estas estructuras están compuestas por nodos metálicos (o iones metálicos) que actúan como pilares y centros de conexión y ligandos orgánicos, que son largas moléculas de carbono que unen estos nodos y forman la red cristalina tridimensional. Combinando ambos elementos se obtiene una estructura porosa, estable y adaptable, con propiedades ajustables mediante la selección de componentes básicos. Su alta versatilidad permite diseñar materiales hechos a medida para capturar, almacenar o catalizar sustancias específicas.
MOF applications span several cutting-edge fields, including the capture and storage of toxic or polluting gases such as carbon dioxide and methane. They also enable the extraction of water from air in desert areas, and chemical purification and catalysis for energy and drug manufacturing, as well as the decomposition of pollutants and traces of medications in the environment. All of these capabilities make metal-organic frameworks a valuable tool for addressing challenges such as climate change and freshwater scarcity.
Las aplicaciones de las MOF abarcan varios campos punteros, como la captura y almacenamiento de gases tóxicos o contaminantes como el dióxido de carbono o el metano. También permiten la obtención de agua a partir del aire en zonas desérticas. y la purificación y catalización química para energía y fabricación de fármacos, así como la descomposición de contaminantes y trazas de medicamentos en el ambiente. Todas estas capacidades hacen de las estructuras metal-orgánicas una herramienta valiosa para abordar retos como el cambio climático y la escasez de agua dulce.
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The creation of MOFs is revolutionary because it allows chemists to modulate and tune materials at the atomic level and design specific functions as needed, advancing "lattice chemistry." Its potential continues to grow, and other scientists can design new, customized materials based on this platform. MOFs represent a new era in the design of functional materials, capable of solving environmental and energy challenges through precise control of molecular architecture.
La creación de MOF supone una revolución porque permite a los químicos modular y ajustar materiales a nivel atómico y diseñar funciones específicas según la necesidad, avanzando la “química reticular”. Su potencial continúa creciendo y otros científicos pueden diseñar nuevos materiales personalizados a partir de esta plataforma y representan una nueva era en el diseño de materiales funcionales, capaces de solucionar desafíos ambientales y energéticos mediante el control preciso de la arquitectura molecular.
The field of metal-organic frameworks is in an important transition phase, having moved from being a purely academic research area to having its first operational and commercial applications in specific sectors. It is not just a project, but an area of materials chemistry with products already on the market and intense industrial development activity. The Nobel Prize recognition underscores that its real potential is much greater and that the wave of innovation and commercialization is just beginning.
El campo de las Estructuras Metal-Orgánicas se encuentra en una fase de transición importante, ha pasado de ser un área de investigación puramente académica a tener sus primeras aplicaciones operativas y comerciales en sectores específicos. No es solo un proyecto, sino un área de la química de materiales con productos ya en el mercado y una intensa actividad de desarrollo industrial. El reconocimiento del Premio Nobel subraya que su potencial real es mucho mayor y que la ola de innovación y comercialización apenas está comenzando.
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https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2025/press-release/