De muitas maneiras, compreender as equações da mecânica quântica em um esforço para prever o que acontecerá entre os reagentes, como átomos e moléculas, resultando em fenômenos complexos na química pode ser exaustivo, e incompreensível para muitos. Ainda, sem os insights teóricos, os químicos experimentais seriam amplamente incapazes de entender o que estão observando.

Pesquisadores da Universidade do Novo México, liderado pelo Distinto Professor de Química Hua Guo, têm trabalhado com experimentalistas para ajudá-los a obter uma compreensão, fornecendo interpretações teóricas de observações experimentais.

"Quando os cientistas investigam moléculas, eles veem características espectrais, mas é muito difícil interpretar esses recursos porque são apenas linhas no espectro, "disse Guo." É aí que entramos e fornecemos uma interpretação teórica de suas observações experimentais. "

Um desses estudos conjuntos pela equipe de Guo foi publicado recentemente com um grupo de pesquisadores em Cal-Berkeley na prestigiosa revista Química da Natureza intitulado "Ressonâncias de Feshbach no canal de saída do F + CH ₃ OH → HF + CH ₃ Reação O observada usando espectroscopia de estado de transição. "Caracterizar o estado de transição de uma reação tem sido um objetivo para os físicos químicos experimentais e teóricos desde a década de 1930. Isso ocorre porque o estado de transição governa como as ligações químicas se formam e se rompem durante uma reação química . O estado de transição é um complexo de vida muito curta, apenas alguns femtossegundos, bilhões de bilionésimos de segundos.

"Para controlar uma reação química, você tem que entender como ele procede durante o estado de transição, "disse Guo." Você tem que desenhar maneiras inteligentes de fazer isso. "

Os colaboradores de Guo em Berkeley primeiro criam um ânion estável. Acontece que esses íons negativos normalmente têm uma geometria que está muito próxima do estado de transição das reações neutras correspondentes, como mostrado na figura, os cientistas podem começar com esse ânion e retirar o elétron dessas moléculas usando uma luz laser.

"Você usa um laser para disparar a molécula e faz com que o elétron seja expulso, "disse Guo." Então, esta molécula é colocada no estado de transição e você a observa desmoronar. É assim que eles detectam o estado de transição. Eles veem características espectrais, mas é difícil interpretá-los. É aí que entramos e fornecemos uma interpretação teórica de sua observação experimental. "

A química é governada pela mecânica quântica, então os cientistas resolvem a equação da mecânica quântica chamada equação de Schrodinger, que é o equivalente à equação de Newton no mundo pequeno - bem abaixo de - elétrons, átomos, moléculas - elas realmente não seguem a Lei de Newton, eles seguem a Lei de Schrõdinger, de modo que a teoria é o que chamamos de mecânica quântica. A interpretação da mecânica quântica fornece aos cientistas muitos insights.

"Podemos realmente prever como são esses estados quânticos e é isso que eles veem no experimento, "Guo disse." Acontece que, nossa teoria pode realmente apontar de onde vêm os picos espectrais. Nesse caso, esses picos correspondem às chamadas ressonâncias de Feshbach. "

No segundo artigo intitulado, "Codificação da isomerização do vinilideno em seu espectro de ânions, "publicado em outro jornal importante Ciência , o trabalho foi projetado para entender a natureza da mecânica quântica de um tipo particular de reação chamada isomerização, onde você vai de uma forma de molécula para outra. A abordagem do experimentalista é a mesma do outro artigo.

Esta é uma reação unimolecular envolvendo uma única molécula, vinilideno. O bom dessa reação é que você pode ver os dois hidrogênios conectados com um carbono em um isômero. Com o outro isômero, um hidrogênio está conectado com cada um dos dois carbonos, então essa é a reação. Química Inorgânica, é chamado de deslocamento 1:2 do hidrogênio.

“Quando a molécula se isomeriza, de alguma forma, esses dois hidrogênios precisam se mover ao redor da estrutura de carbono, fazendo um movimento vibracional. Portanto, é importante descobrir qual modo vibracional ajuda essa reação a ocorrer. Esse é o ponto chave. Talvez mais interessante, a isomerização não ultrapassa a barreira, ele realmente passa por baixo da barreira. É o que é chamado de tunelamento, como se houvesse um túnel para os átomos de hidrogênio passarem.

"O túnel é o que os cientistas chamam de propriedade da mecânica quântica porque o hidrogênio é muito leve, é mecânica quântica, e às vezes pode criar um túnel. Temos evidências que mostram isso. "

Este problema de isomerização existe há muito tempo, Guo explicou. Mas, fundamentalmente, não foi compreendido até muito recentemente, quando este artigo foi publicado.

"Esse é o significado em que preenchemos a lacuna e dissemos às pessoas" aqui está exatamente o que acontece - envolve a construção de túneis e envolve um modo de vibração de balanço, "Guo disse." Eu gostaria de ver isso como quando você esquia. Você sobe até uma lombada e depois desce a colina. Energeticamente, é isso que acontece. O complicado com as moléculas é que não ultrapassa o obstáculo, ele passa por baixo e passa por túneis. Porque essas coisas são mecânicas quânticas, é um efeito surpreendente. "