Os físicos da UCLA foram os pioneiros em um método para criar uma nova molécula única que poderia eventualmente ter aplicações na medicina, ciência alimentar e outros campos. Sua pesquisa, que também mostra como as reações químicas podem ser estudadas em escala microscópica usando ferramentas da física, é relatado no jornal Ciência .

Nos últimos 200 anos, cientistas desenvolveram regras para descrever as reações químicas que observaram, incluindo reações na comida, vitaminas, medicamentos e organismos vivos. Uma das mais onipresentes é a "regra do octeto, ", que afirma que cada átomo de uma molécula produzida por uma reação química terá oito elétrons em órbita externa. (Os cientistas encontraram exceções à regra, mas essas exceções são raras.)

Mas a molécula criada pelo professor da UCLA Eric Hudson e colegas viola essa regra. Bário-oxigênio-cálcio, ou BaOCa +, é a primeira molécula já observada por cientistas que é composta de um átomo de oxigênio ligado a dois átomos de metal diferentes.

Normalmente, um átomo de metal (bário ou cálcio) pode reagir com um átomo de oxigênio para produzir uma molécula estável. Contudo, quando os cientistas da UCLA adicionaram um segundo átomo de metal à mistura, uma nova molécula, BaOCa +, que não satisfazia mais a regra do octeto, tinha sido formado.

Outras moléculas que violam a regra do octeto foram observadas antes, mas o estudo da UCLA está entre os primeiros a observar tal molécula usando ferramentas da física, ou seja, lasers, armadilhas de íons e armadilhas de átomos ultra-frios.

O laboratório de Hudson usou luz laser para resfriar pequenas quantidades de átomos e moléculas reagentes a uma temperatura extremamente baixa - um milésimo de grau acima do zero absoluto - e então levitá-los em um espaço menor do que a largura de um cabelo humano, dentro de uma câmara de vácuo. Sob essas condições altamente controladas, os cientistas puderam observar as propriedades dos átomos e moléculas que, de outra forma, estão ocultas da vista, e as "ferramentas físicas" que usaram permitiram-lhes manter uma amostra de átomos e observar reações químicas uma molécula de cada vez.

As temperaturas ultra-frias usadas no experimento também podem ser usadas para simular a reação como ocorreria no espaço sideral. Isso pode ajudar os cientistas a entender como certas moléculas complexas, incluindo alguns que podem ser precursores da vida, veio a existir no espaço, Hudson disse.

Os pesquisadores descobriram que, quando juntaram cálcio e metóxido de bário dentro de seu sistema em condições normais, eles não reagiriam porque os átomos não conseguiram encontrar uma maneira de se reorganizar para formar uma molécula estável. Contudo, quando os cientistas usaram um laser para mudar a distribuição dos elétrons no átomo de cálcio, a reação começou rapidamente, produzindo uma nova molécula, CaOBa +.

A abordagem faz parte de um novo subcampo da química inspirado na física, que usa as ferramentas da física ultra-fria, como lasers e eletromagnetismo, para observar e controlar como e quando ocorrem as reações de uma única partícula.

Prateek Puri, estudante de graduação da UCLA, o pesquisador principal do projeto, disse que o experimento demonstra não apenas como essas técnicas podem ser usadas para criar moléculas exóticas, mas também como eles podem ser usados ​​para projetar reações importantes. A descoberta poderia ser usada para criar novos métodos de preservação de alimentos (evitando reações químicas indesejáveis ​​entre os alimentos e o meio ambiente) ou para o desenvolvimento de medicamentos mais seguros (eliminando as reações químicas que causam efeitos colaterais negativos).

"Experimentos como esses abrem caminho para o desenvolvimento de novos métodos de controle da química, "Puri disse." Estamos essencialmente criando 'botões' para reações. "

Hudson disse que espera que o trabalho incentive outros cientistas a estreitar ainda mais a lacuna entre a física e a química, e demonstrar que moléculas cada vez mais complexas podem ser estudadas e controladas. Ele acrescentou que uma das chaves para o sucesso do novo estudo foi o envolvimento de especialistas de várias áreas:físicos experimentais, físicos teóricos e um físico-químico.

Um ator-chave na pesquisa já está fazendo seu nome em Hollywood. Um dispositivo chamado espectrômetro de massa integrado de tempo de vôo de armadilha de íons, que foi inventado pelo laboratório de Hudson e usado para descobrir a reação - foi apresentado em um episódio recente da sitcom "The Big Bang Theory".

"O dispositivo nos permite detectar e identificar os produtos das reações no nível de uma única partícula, e para nós, tem sido realmente uma ponte entre a química e a física, "disse Michael Mills, um estudante de graduação da UCLA que trabalhou no projeto. "Ficamos muito satisfeitos em ver que ele foi promovido pelo show."