Estridentes, turvos ou esféricos – os orbitais de elétrons mostram onde e como os elétrons se movem em torno de núcleos e moléculas atômicos. Na química e na física modernas, eles provaram ser um modelo útil para a descrição da mecânica quântica e a previsão de reações químicas. Somente se os orbitais corresponderem no espaço e na energia eles podem ser combinados - é isso que acontece quando duas substâncias reagem uma com a outra quimicamente. Além disso, há outra condição que deve ser atendida, como pesquisadores do Forschungszentrum Jülich e da Universidade de Graz descobriram agora:o curso das reações químicas também parece depender da distribuição orbital no espaço de momento. Os resultados foram publicados na revista Nature Communications .
Em última análise, as reações químicas nada mais são do que a formação e a quebra de ligações eletrônicas, que também podem ser descritas como orbitais. A chamada teoria dos orbitais moleculares torna assim possível prever o caminho das reações químicas. Os químicos Kenichi Fukui e Roald Hoffmann receberam o Prêmio Nobel em 1981 por simplificar grandemente o método, o que levou ao seu amplo uso e aplicação.

"Normalmente, a energia e a localização dos elétrons são analisadas. No entanto, usando o método de tomografia por fotoemissão, analisamos a distribuição do momento dos orbitais", explica o Dr. Serguei Soubatch. Juntamente com seus colegas do Instituto Peter Grünberg (PGI-3) em Jülich e da Universidade de Graz, na Áustria, ele adsorveu vários tipos de moléculas em superfícies metálicas em uma série de experimentos e mapeou o momento medido no chamado espaço de momento .

"A fotoemissão de muitas moléculas diferentes em metais que medimos também pode ser prevista teoricamente. Como modelo, basta usar a molécula livre que não interage com o metal. Mas quando medimos oligofenilos em cobre, de repente percebemos que o resultado experimental diferiu significativamente das previsões teóricas. Certas partes do espaço do momento permaneceram desocupadas", disse Soubatch. Essas regiões de momento correspondem a intervalos de banda conhecidos de estados eletrônicos que normalmente ocorrem em metais nobres. E um dos materiais envolvidos, o cobre, também é um metal tão nobre.

Para o trabalho, os pesquisadores realizaram experimentos no Elettra Synchrotron em Trieste, Itália. Lá, um consórcio internacional liderado por Forschungszentrum Jülich opera o espectroscópio NanoESCA em uma linha de luz, que contém um microscópio eletrônico de fotoemissão para medições tomográficas orbitais. O trabalho foi realizado em colaboração com o Prof. Michael. G. Ramsey e o teórico Prof. Peter Puschnig da Universidade de Graz. Com suas simulações de mecânica quântica para todo o sistema de interação – moléculas e superfície metálica, Peter Puschnig forneceu a chave para explicar o critério de seleção recém-descoberto. + Explorar mais

Testes mostram que a tomografia orbital por fotoemissão pode detectar orbitais sigma