Uma equipe de cientistas da Suíça, França e Canadá conseguiu pela primeira vez visualizar diretamente o movimento dos elétrons durante uma reação química.
Além do interesse geral para a química, o feito é de importância fundamental para a área da fotoquímica, para as pesquisas com fotossíntese artificial, devendo ainda auxiliar o projeto de células solares mais eficientes.
A equipe irradiou moléculas de dióxido de nitrogênio (NO2) com um pulso pulso de luz laser ultravioleta muito curto.
Isto fez a molécula absorver a energia do pulso, o que colocou seus elétrons em movimento.
Os elétrons começaram a se organizar, fazendo com que a nuvem de elétrons oscilasse entre duas formas diferentes por um tempo muito curto, antes de a molécula começa a vibrar e então se decompor em óxido nítrico e um átomo de oxigênio.
"O experimento pode ser comparado com uma fotografia, que, por exemplo, captura a imagem de um projétil atravessando uma maçã. Mas a bala pode ser rápida demais para o obturador de uma câmera, resultando em uma imagem borrada. Portanto, o obturador é deixado aberto e o objeto é iluminado com flashes de luz, que são mais rápidos do que a bala. É assim que nós tiramos nossa fotografia dos elétrons," explica o professor Hans Jakob Wörner, do instituto suíço ETH.
Monitorando reações químicas
O progresso nesta área tem sido contínuo, desde que Ahmed Zewail ganhou o Prêmio Nobel de Física ao estudar as reações químicas usando pulsos de laser ultra-curtos.
Em 2008, cientistas do Instituto Caltech, nos Estados Unidos, introduziram o microscópio eletrônico 4D, que tornou possível, pela primeira, a visualização em tempo real, no espaço real, de mudanças extremamente sutis na estrutura da matéria.
Em 2010, a mesma equipe conseguiu filmar fótons usando elétrons, o que permitiu não apenas visualizar, mas também acompanhar as mudanças nas estruturas atômicas.
Agora, a equipe do professor Wörner gravou o movimento dos elétrons durante uma reação química completa.
Interseções cônicas
O dióxido de nitrogênio é considerado um modelo para o estudo do movimento eletrônico.
Na molécula de NO2, dois estados dos elétrons podem ter a mesma energia para uma geometria em particular - comumente chamada de intersecção cônica.
A intersecção cônica é muito importante para fotoquímica e frequentemente ocorre em processos químicos naturais induzidos pela luz, como a fotossíntese.
A intersecção cônica funciona como uma chave. Por exemplo, quando a retina é irradiada pela luz, os elétrons começam a se mover, e as moléculas da retina mudam de forma, o que finalmente converte a informação da luz em informação elétrica para o cérebro humano.
O aspecto mais importante com relação às interseções cônicas é que o movimento dos elétrons é transferido para um movimento dos átomos de forma muito eficiente.
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