Cientistas filmam elétrons durante uma reação química.

É como fotografar um projétil atravessando uma maçã, só que muito mais rápido. [Imagem: Science/AAAS]

Fotoquímica

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.

Bibliografia:

Conical Intersection Dynamics in NO2 Probed by Homodyne High-Harmonic Spectroscopy
H. J. Wörner, J. B. Bertrand, B. Fabre, J. Higuet, H. Ruf, A. Dubrouil, S. Patchkovskii, M. Spanner, Y. Mairesse, V. Blanchet, E. Mével, E. Constant, P. B. Corkum, D. M. Villeneuve
Science
14 October 2011
Vol.: 334 no. 6053 pp. 208-212
DOI: 334 no. 6053 pp. 208-212
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