As reações químicas envolvem necessariamente moléculas que se unem, e a maneira como eles interagem pode depender de como eles estão alinhados em relação um ao outro. Ao conhecer e controlar o alinhamento das moléculas, muito pode ser aprendido sobre como ocorrem as reações químicas. Esta semana em The Journal of Chemical Physics , cientistas da Universidade de Aarhus, na Dinamarca, e do Instituto de Ciência e Tecnologia da Áustria, relatam uma nova técnica para alinhar moléculas usando lasers e gotículas muito frias de hélio.

Este novo método alinha as moléculas de forma mais nítida do que é possível para as moléculas essencialmente isoladas daquelas na fase gasosa. Isso se deve ao fato de que uma molécula embutida em uma gota muito fria compartilha a mesma temperatura baixa que a própria gota, meros 0,4 Kelvin, ou -272,75 graus Celsius. Raramente é possível obter temperaturas tão baixas para moléculas na fase gasosa, portanto, essa técnica promete abrir um novo regime significativo para o estudo.

O método utiliza um par de pulsos de laser no que é chamado de método de sonda de bomba. O primeiro pulso alinha a molécula única, uma vez que ela foi depositada em uma gota de hélio. O segundo pulso de laser, o pulso da sonda, é usado para determinar o alinhamento, explodindo a molécula e separando-a em íons. Os íons voam em ângulos específicos e podem ser detectados por meio de uma câmera acoplada a um computador.

"Ser capaz de controlar o alinhamento de grandes moléculas não é uma tarefa simples, "Henrik Stapelfeldt da Universidade Aarhus disse:"porque à medida que as moléculas aumentam de tamanho, torna-se cada vez mais difícil colocá-las na fase gasosa e resfriá-las."

Os pesquisadores estudaram três sistemas:moléculas de iodo (I2), que tem uma forma linear simples de haltere, e mais duas moléculas complexas consistindo em anéis de benzeno com átomos de iodo ou bromo ligados ao anel. Em todos os três casos, eles alcançaram um forte alinhamento de uma única molécula incorporada em uma gota de hélio frio com a técnica de dois pulsos.

Porque I2 tem uma forma linear simples, os pesquisadores foram mais capazes de comparar seus resultados experimentais com as previsões teóricas. Isso revelou que o alinhamento induzido por laser de moléculas em gotículas de hélio era essencialmente idêntico ao da fase gasosa, contanto que o alinhamento seja feito de forma adiabática, ou gradualmente em relação às respostas das moléculas.

Para realizar o alinhamento adiabático, o primeiro pulso de laser é ativado mais lentamente do que o período de rotação inerente da molécula que está sendo estudada. Isso permite uma molécula de iodo em rotação livre, dizer, para alinhar fortemente com o eixo de polarização do laser, da mesma forma que uma agulha de bússola se alinha com o campo magnético da Terra.

Estudos futuros se concentrarão em alinhar maiores, moléculas mais complexas nessas gotículas de hélio frio, permitindo que os cientistas observem as reações químicas se desenrolarem em tempo real. Stapelfeldt explicou que pode ser possível alinhar moléculas tão grandes quanto proteínas.

"As gotículas de hélio oferecem possibilidades únicas, " ele disse, "para construir complexos moleculares feitos sob medida, ampliando assim o escopo dos sistemas que podem ser estudados. "