p Pesquisadores da Universidade de Regensburg rastreiam a primeira etapa na reação de um único pigmento corante com oxigênio em uma resolução sem precedentes. p Por que as cores de uma camiseta desbotam com o tempo sob o sol? Por que você pega uma queimadura de sol, e por que as folhas de uma árvore ficam marrons no outono? Todas essas questões têm um tema em comum - a interação entre pigmentos de tintura e oxigênio ambiente. Cada criança aprende sobre esta reação química na escola, que é o processo de oxidação no ar que respiramos. Então, o que poderia ser deixado para pesquisar?

p O oxigênio é uma molécula surpreendente por ser magnética. Na forma líquida, em temperaturas muito baixas, pode ser captado por um ímã, da mesma forma que limalhas de ferro. Esta propriedade está relacionada aos elétrons no oxigênio. Todas as moléculas são constituídas por núcleos atômicos e elétrons, que se comportam como minúsculas agulhas de uma bússola. Usualmente, essas agulhas se organizam em pares apontando em direções opostas para que suas forças magnéticas se cancelem. Em uma molécula de oxigênio que consiste em dois átomos de oxigênio, Contudo, as duas agulhas da bússola apontam na mesma direção, tornando o oxigênio magnético.

p Moléculas de tinta, como os usados ​​para colorir uma camiseta, não são magnéticos porque as agulhas da bússola dos elétrons apontam em direções opostas. Quando a luz incide sobre tal molécula, uma certa cor da luz será absorvida, dando ao corante sua aparência característica. Neste processo de absorção de luz, a energia da luz é transferida para um elétron na molécula do corante, quebrar o emparelhamento original de dois elétrons e permitir que a agulha da bússola do elétron excitado mude espontaneamente seu alinhamento. Quando esse processo acontece, o elétron não pode mais retornar ao seu estado original. A molécula do corante se torna magnética, entrar no que é conhecido como "estado de trigêmeo".

p Uma equipe de pesquisa internacional dirigida pelo Prof. Jascha Repp agora conseguiu revelar como essa energia tripla é transferida de uma única molécula de corante para uma única molécula de oxigênio. Este processo é parte integrante da vida cotidiana, onde muitas reações de oxidação ocorrem através do estado de tripleto excitado. Enquanto a molécula residir neste estado, retém a energia transmitida pela luz, facilitando assim as reações químicas. A maioria das reações químicas, como combustão, requer alguma energia inicial, como uma faísca, para começar.

p Uma dissipação completa da energia dentro da molécula de tinta exige outra reversão do alinhamento da agulha da bússola eletrônica, que é um processo lento e improvável. Alternativamente, a energia da luz dentro da molécula do corante, que corresponde a uma energia magnética, pode simplesmente transferir para uma outra molécula magnética, como o oxigênio - um processo muito parecido com a inversão de um ímã em barra girando outro próximo. Esta transferência de energia desexcita a molécula do corante, mas tende a tornar a própria molécula de oxigênio altamente reativa, em última análise, destruindo a molécula do corante. Este efeito pode ser visto em camisetas descoloridas ou queimaduras de sol, onde as moléculas de corante são os pigmentos da pele.

p A equipe conseguiu rastrear essa transferência de energia entre o corante e a molécula de oxigênio diretamente no espaço, sem destruir a molécula do corante. Para fazer isso, moléculas únicas foram colocadas em uma superfície e resfriadas a temperaturas muito baixas, próximas às do universo. Usando o chamado "microscópio de força atômica", que consiste em uma agulha muito fina com apenas um único átomo em sua ponta, os pesquisadores foram capazes de obter imagens dos átomos individuais da molécula do corante escaneando a ponta que o atravessa. Ao aplicar uma sequência de pulsos elétricos à molécula de corante, eles poderiam conduzi-lo ao estado de trigêmeo magnético de uma forma controlada. A transferência de energia desse estado de tripleto excitado para as moléculas de oxigênio próximas foi então rastreada no tempo medindo-se mudanças minúsculas na força que atua na ponta.

p Esta nova abordagem, relatado em Ciência , permitiu aos pesquisadores sondar muitas geometrias diferentes do arranjo da molécula do corante e do oxigênio. Desta maneira, a interação entre os arranjos moleculares no nível atômico e a velocidade na qual essa transferência de energia ocorre poderia ser resolvida pela primeira vez. Os cientistas agora pretendem finalmente ser capazes de formular uma estrutura microscópica subjacente de reações de oxidação fundamentais. Além do desbotamento inconveniente das camisetas, tal interação entre excitações de trigêmeos moleculares é de importância central para uma série de desenvolvimentos tecnológicos, como em diodos emissores de luz orgânicos (OLEDs) e células solares orgânicas, na conversão de energia fotocatalítica e fotossíntese, e na terapia fotodinâmica do câncer.