Os íons estão por toda parte, desde o nosso ambiente diário até a expansão cósmica. À medida que o sal de cozinha comum (NaCl) se dissolve em sódio (Na ⁺ ) e cloreto (Cl ^- ) íons na água, confere um sabor salgado. Uma vez absorvidos pelo corpo, esses íons regulam os impulsos nervosos e os movimentos musculares.



No sol, o plasma – uma reunião de íons no estado gasoso – sofre reações de fusão nuclear, transmitindo luz e energia para a Terra. Um dos usos mais notáveis ​​dos íons na vida cotidiana é encontrado nas baterias de íons de lítio, que alimentam dispositivos como smartphones, laptops e carros elétricos.

Consequentemente, os íons desempenham papéis fundamentais em várias facetas de nossas vidas, e a compreensão dos intrincados processos, atributos estruturais e dinâmica dos íons continua crucial para os avanços na ciência e na tecnologia. No entanto, capturar os momentos efêmeros da formação iônica e suas transições estruturais moleculares, especialmente na fase gasosa, tem se mostrado um desafio devido às complexidades experimentais.

Liderados pelo Diretor Ihee Hyotcherl, pesquisadores do Centro de Dinâmica de Reação Avançada (CARD) do Instituto de Ciências Básicas (IBS) alcançaram a captura em tempo real do processo de ionização e subsequentes mudanças estruturais nas moléculas de fase gasosa através de um mega- técnica de difração de elétrons ultrarrápida elétron-volt (MeV-UED), permitindo a observação de movimentos mais rápidos e finos de íons.

A equipe do Diretor Ihee tem uma longa história de conquista de marcos inovadores na dinâmica molecular, como a ruptura de ligações moleculares, o início do nascimento molecular por meio de ligações químicas e a exploração aprofundada de estruturas moleculares em nível atômico em todo o universo. reação química. Agora, pela primeira vez, eles conduziram com sucesso observações em tempo real da formação e evolução estrutural de íons em fase gasosa.

Para atingir esse objetivo, a equipe se concentrou nos cátions do 1,3-dibromopropano (DBP). Dados experimentais revelaram um fenômeno fascinante – o cátion persistiu em um estado estruturalmente estável denominado “estado escuro” por aproximadamente 3,6 picossegundos (1 picossegundo equivale a um trilionésimo de segundo) após sua formação.

Esta nova pesquisa foi publicada na revista Nature .

Posteriormente, o cátion sofreu uma transformação em um intermediário incomum com uma estrutura em anel abrangendo quatro átomos, incluindo um átomo de bromo fracamente ligado. Eventualmente, o átomo de bromo frouxamente ligado se desligou, dando origem a um íon bromônio caracterizado por uma estrutura em anel compreendendo três átomos.

Dada a alta reatividade dos íons, observar sua existência representa um desafio significativo de longa data. O sucesso desta pesquisa dependeu da incorporação de uma tecnologia de processamento de sinais recém-desenvolvida e de uma técnica de análise de modelagem para mudanças estruturais. Outro elemento importante foi a aplicação da técnica de ionização multifotônica aprimorada por ressonância (REMPI), que facilitou a produção em massa de íons específicos, evitando a dissociação aleatória de compostos.

As descobertas experimentais indicaram que os íons de gás gerados mantiveram uma forma específica antes de sofrerem transformações repentinas, o que permitiu à equipe do IBS elucidar, em última análise, a formação de moléculas em forma de anel quimicamente estáveis.

Então, aproveitando a técnica inovadora de difração de elétrons ultrarrápida de megaelétron-volt (MeV-UED), a equipe de pesquisa conseguiu uma captura precisa de mudanças estruturais sutis em íons na fase gasosa. Essa tecnologia de ponta ofereceu a resolução espacial e temporal de alta resolução necessária para as necessidades desta pesquisa e permitiu o rastreamento meticuloso de todo o processo, desde o momento da geração do íon até as transformações estruturais subsequentes.

Sendo o primeiro a conseguir a observação em tempo real de mudanças estruturais em íons gerados seletivamente, este estudo é aclamado como um avanço substancial na pesquisa em química iônica. Esta pesquisa representa uma conquista inovadora na comunidade científica, marcando o caso inaugural de observação em tempo real da dinâmica estrutural de íons moleculares.

Ao avançar a nossa compreensão dos iões na fase gasosa, esta investigação produz novas perspetivas em diversos campos, incluindo os mecanismos de reações químicas, alterações nas propriedades dos materiais e o domínio da astroquímica. O impacto previsto vai muito além da química iônica, influenciando diversas disciplinas científicas e tecnológicas.

Heo Jun, o autor principal, disse:"Esta descoberta representa um avanço fundamental em nossa compreensão fundamental da química iônica, preparada para influenciar profundamente o projeto de diversas reações químicas e a exploração futura em astroquímica."

Kim Doyeong, o primeiro autor e estudante, compartilhou suas aspirações e declarou:"Contribuir para um estudo com potencial para estabelecer as bases para avanços na ciência básica é verdadeiramente gratificante. Estou comprometido com esforços persistentes de pesquisa para evoluir para um cientista proficiente ."

O professor Hyotcherl disse:"Apesar dos avanços notáveis ​​na ciência e na tecnologia, numerosos mistérios cativantes permanecem no mundo material. Esta pesquisa, embora revele apenas mais um enigma de íons anteriormente não descobertos, ressalta os segredos profundos que aguardam nossa exploração."

Mais informações: Hyotcherl Ihee, Capturando a geração e transformações estruturais de íons moleculares, Natureza (2024). DOI:10.1038/s41586-023-06909-5. www.nature.com/articles/s41586-023-06909-5
Fornecido pelo Instituto de Ciências Básicas