Usando pulsos de raios X de femtossegundos, os pesquisadores observaram detalhadamente como as ligações químicas entre os átomos vibram depois que a luz é absorvida. Os resultados têm implicações para a compreensão de diversas reações químicas e podem até ajudar no projeto de novos materiais.

A maior parte do que se sabe sobre ligações químicas vem do estudo de moléculas em repouso. Mas quando as moléculas absorvem luz, os seus átomos constituintes começam a vibrar, o que muda rapidamente a forma das suas ligações químicas. Isso pode alterar drasticamente a forma como as moléculas reagem umas com as outras.

Estudar a dinâmica dos átomos nestas escalas de tempo ultrarrápidas tem sido difícil, mas nos últimos anos, novas fontes de raios X abriram novas possibilidades. No laser de elétrons livres de raios X Linac Coherent Light Source (LCLS) no SLAC National Accelerator Laboratory em Menlo Park, Califórnia, os cientistas desenvolveram uma técnica inovadora chamada espectroscopia off-ressonante de alta resolução de energia, ou HEROS.

Envolve a passagem de elétrons de alta energia que foram sincronizados com um pulso de laser através das moléculas oscilantes e, em seguida, a análise de como os elétrons são espalhados em vários ângulos. Isso permite que os pesquisadores observem diretamente como os comprimentos e ângulos das ligações químicas da molécula estão mudando em tempo real.

Em um experimento de prova de conceito, a equipe estudou moléculas de monóxido de carbono atingidas por um pulso de laser de femtosegundo no SLAC. Os experimentos mediram, em tempo real, as mudanças dependentes do tempo no comprimento da ligação carbono-oxigênio após a absorção da luz.

“Queremos entender como a energia flui entre as diferentes partes da molécula”, disse Giulia Pinardi, pesquisadora de pós-doutorado no SLAC e principal autora de um estudo publicado na Physical Review Letters em 17 de dezembro. escala de tempo, pode influenciar o que a molécula acaba fazendo."

Nesse caso, o monóxido de carbono vibra após a absorção da luz, o que impede que a molécula se dissocie em átomos livres de carbono e oxigênio. Ao capturar esse movimento em detalhes, a equipe poderia aprender muito sobre como as vibrações moleculares afetam a reatividade química.

No futuro, a equipe planeja usar a técnica HEROS para sondar movimentos moleculares mais específicos. Eles também querem acompanhar reações químicas em moléculas mais complexas que possam ser relevantes para o projeto de novos medicamentos ou materiais.

“HEROS é essencialmente como fotografia estroboscópica”, disse o co-autor Mike Minitti. "Podemos tirar uma série de fotos com um laser de raios X para observar os movimentos à medida que a reação avança. Isso é algo novo e é uma prova do laser de raios X."