Sempre há uma razão para a forma como as moléculas se formam e como são moldadas. Uma vez que os pesquisadores entendam as ligações nas moléculas, eles descobrem maneiras de usar os materiais que formam da melhor forma desbloquear novas inovações para ciência e tecnologia.

Mas há uma ligação que deixou os cientistas perplexos - a ligação entre alguns tipos de metais e carbono. Professor de Química Timothy Hanusa e Ph.D. o aluno Ross Koby decidiu replicar esse tipo único de vínculo usando a tecnologia de modelagem.

"Se pudéssemos fazer com que os modelos moleculares tivessem a mesma forma que as moléculas na vida real, seríamos capazes de entender por que os laços se formam em formas tão irregulares, "Hanusa disse.

Alterando os cálculos de modelagem e incorporando dados adicionais, a equipe encontrou novos fatores responsáveis ​​pela formação, desafiar as teorias existentes. Recentemente, eles descreveram sua descoberta para o site Science Trends.

As ligações de metal e carbono em questão ocorrem em compostos que se parecem com biscoitos Oreo:no meio está o metal, e é cercado em ambos os lados por anéis de carbono. Assim como um biscoito Oreo, os anéis são geralmente paralelos e equilibrados, mantendo os anéis carregados negativamente o mais longe possível uns dos outros. Mas em alguns desses compostos, particularmente com metais de terras raras como samário ou metais mais pesados ​​como cálcio e estrôncio, os anéis se inclinam um em direção ao outro, dobrando-se até que quase se toquem de um lado.

No caso dos metais de terras raras, isso pode ser explicado pela ligação covalente - os dois lados da molécula estão compartilhando elétrons para frente e para trás, em um padrão como um 8 dobrado no centro.

Mas para os metais mais pesados ​​com uma ligação mais iônica, onde os átomos se atraem como os dois lados de um ímã, os lados com carga negativa devem se repelir.

Os cientistas já explicaram isso com algo chamado de fenômeno de interação de dispersão, o que significa que mesmo os átomos que se repelem nas proximidades são, na verdade, atraídos uns aos outros a distâncias mais longas. É uma interação fraca que nem sempre é considerada muito bem na tecnologia de modelagem.

Hanusa e Koby testaram essa teoria fazendo algumas grandes mudanças nos cálculos de modelagem. Primeiro, eles usaram descrições mais completas dos elétrons nos centros metálicos das moléculas (o recheio de creme do biscoito) para ver se eles poderiam estar afetando a ligação ou causando a dobra.

Próximo, eles usaram um novo cálculo totalmente livre de dispersão. Considerando que os modelos antigos podem ou não ter incluído o efeito de dispersão, o novo modelo anula absolutamente o efeito. Dessa maneira, os pesquisadores podem executar os modelos sem dispersão, e ligue-o novamente para ver como o modelo muda.

O que eles descobriram com o novo modelo confirmou a teoria sobre as ligações metal / carbono das terras raras estarem na extremidade mais covalente do espectro. Essas moléculas foram naturalmente curvadas mesmo quando o efeito de dispersão foi desligado.

As moléculas de metal pesado / carbono, no entanto, mostrou algo novo. Os modelos moleculares dobraram mesmo sem o efeito de dispersão - não tanto quanto na vida real, mas o suficiente para mostrar que os elétrons do metal central estavam causando alguma curvatura. Quando o efeito de dispersão também foi ativado, os modelos moleculares se dobraram exatamente como as moléculas reais. Isso significa que tanto a dispersão quanto os efeitos covalentes estão causando a curvatura dessa molécula.

Os novos cálculos mostram como a dispersão e os efeitos covalentes podem trabalhar juntos para alterar a estrutura das moléculas. Isso tem implicações significativas em muitas áreas da química, desde determinar os pontos de ebulição de líquidos até afetar o enovelamento de proteínas. Graças a esta nova pesquisa, os cientistas agora podem descrever as moléculas com mais precisão e entender por que se comportam e reagem de determinadas maneiras.