É um eufemismo dizer que as reações químicas ocorrem em todos os lugares, constantemente. Tanto na natureza quanto no laboratório, a química é onipresente. Mas apesar dos avanços, continua a ser um desafio fundamental obter uma compreensão completa e controle sobre todos os aspectos de uma reação química, como a temperatura e a orientação das moléculas e átomos que reagem.

Isso requer experimentos sofisticados, onde todas as variáveis ​​que definem como dois reagentes se aproximam, e, finalmente, reagir com, uns aos outros podem ser escolhidos livremente. Ao controlar coisas como a velocidade e a orientação dos reagentes, os químicos podem estudar os detalhes mais sutis de um mecanismo de reação específico.

Em um novo estudo, uma equipe liderada por Andreas Osterwalder no Instituto de Ciências Químicas e Engenharia da EPFL, trabalhando com teóricos da Universidade de Toronto, construíram um aparato que lhes permite controlar a orientação e as energias dos átomos reagentes, até quase zero absoluto. "É a formação mais fria de uma ligação química já observada em feixes moleculares, "diz Osterwalder. Um feixe molecular é um jato de gás dentro de uma câmara de vácuo, freqüentemente usado em espectroscopia e estudos em química fundamental.

Os cientistas usaram dois desses feixes que se fundem em um único feixe para estudar a quimiionização, um processo fundamental de transferência de energia que é usado em várias aplicações, por exemplo. em espectrometria de massa. Durante a quimiionização, um átomo ou molécula na fase gasosa reage com outro átomo ou molécula em um estado excitado e cria um íon. A identidade do íon resultante depende da reação, um novo vínculo pode ser formado durante a colisão, resultando em um íon molecular, ou então um íon atômico pode ser formado

Os pesquisadores estudaram a reação entre dois gases:um átomo de néon excitado e um átomo de argônio. Seu aparelho contém um par de ímãs solenóide que é usado para ajustar com precisão a direção de um campo magnético em que a reação ocorre, o que permitiu aos pesquisadores controlar a orientação real dos dois átomos em relação um ao outro. "Mesmo que os átomos muitas vezes sejam representados como pequenas bolas, eles não são objetos normalmente esféricos, "diz Osterwalder." Exatamente porque eles não são, eles têm orientações específicas, e isso pode afetar sua reatividade. "

Mas mesmo que o experimento pudesse controlar a orientação que por sua vez controlava a quantidade de íons atômicos vs moleculares formados a partir da quimiionização, os pesquisadores descobriram que abaixo de uma temperatura de cerca de 20 Kelvin (- 253,15 ° C), as forças interatômicas assumiram o controle e os átomos se reorientaram, independentemente do campo aplicado.

"Esta é a primeira vez que alguém fez isso em uma temperatura tão baixa, "diz Osterwalder." Com este nível de controle, podemos estudar alguns dos modelos mais fundamentais no cerne da química, como a relação entre orientação e reatividade. "