Cientistas do Instituto de Química Orgânica e Bioquímica de Praga, do Instituto de Física da Academia Tcheca de Ciências e da Universidade Palacký de Olomouc, mais uma vez descobriram com sucesso os mistérios do mundo das moléculas e dos átomos.

Eles confirmaram experimentalmente a correção de uma teoria de décadas que assumia uma distribuição não uniforme da densidade eletrônica em moléculas aromáticas. Este fenômeno afeta significativamente as propriedades físico-químicas das moléculas e suas interações. Esta pesquisa amplia as possibilidades de design de novos nanomateriais e é tema de um artigo publicado na Nature Communications .

A mesma equipe de autores do estudo anterior publicado na Science descreveu a distribuição não uniforme de elétrons em um átomo, o chamado buraco σ.

Agora os pesquisadores confirmaram a existência do chamado buraco π. Nos hidrocarbonetos aromáticos, encontramos elétrons nas nuvens acima e abaixo do plano dos átomos de carbono. Se substituirmos os hidrogênios periféricos por átomos mais eletronegativos ou grupos de átomos que afastam os elétrons, as nuvens originalmente carregadas negativamente se transformarão em buracos de elétrons carregados positivamente.

Os cientistas adotaram o método avançado de microscopia eletrônica de varredura e ampliaram ainda mais suas capacidades. O método funciona em resolução subatômica e pode, portanto, gerar imagens não apenas de átomos em moléculas, mas também da estrutura da camada eletrônica de um átomo.

Como salienta um dos investigadores envolvidos, Bruno de la Torre, do Instituto Checo de Tecnologia Avançada e Investigação (CATRIN) da Universidade Palacký de Olomouc, o sucesso da experiência aqui descrita deve-se principalmente às excelentes instalações da sua instituição de origem e ao participação de excelente Ph.D. estudantes.

"Graças à nossa experiência anterior com a técnica de Microscopia de Força de Sonda Kelvin (KPFM), conseguimos refinar nossas medições e adquirir conjuntos de dados muito completos que nos ajudaram a aprofundar nossa compreensão não apenas de como a carga é distribuída nas moléculas mas também dos observáveis ​​obtidos com a técnica", diz Bruno de la Torre.

A microscopia de força moderna tem sido o domínio dos pesquisadores do Instituto de Física. Não apenas no caso de estruturas moleculares eles aproveitaram ao máximo a resolução espacial sem precedentes. Há algum tempo, eles confirmaram a existência de uma distribuição não uniforme de densidade eletrônica em torno dos átomos de halogênio, os chamados buracos σ.

Esta conquista foi publicada em 2021 pela Science . A pesquisa anterior, bem como a atual, contou com a contribuição significativa de um dos cientistas tchecos mais citados da atualidade, o Prof. Pavel Hobza, do Instituto de Química Orgânica e Bioquímica da Academia Tcheca de Ciências (IOCB Praga).

"A confirmação da existência do buraco π, bem como do buraco σ antes dele, demonstra plenamente a qualidade das previsões teóricas da química quântica, que respondem por ambos os fenômenos há décadas. Mostra que eles podem ser confiáveis mesmo na ausência de experimentos disponíveis", diz Pavel Hobza.

Os resultados da investigação dos cientistas checos aos níveis subatómico e submolecular podem ser comparados à descoberta de buracos negros cósmicos. Eles também foram teorizados durante décadas antes de sua existência ser confirmada por experimentos.

Um melhor conhecimento da distribuição da carga do elétron ajudará a comunidade científica a compreender, em primeiro lugar, muitos processos químicos e biológicos. A nível prático, traduzir-se-á na capacidade de construir novas supramoléculas e, posteriormente, no desenvolvimento de nanomateriais avançados com propriedades melhoradas.

Mais informações: B. Mallada et al, Visualização do buraco π em moléculas por meio de microscopia de força de sonda Kelvin, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-40593-3
Informações do diário: Comunicações da Natureza , Ciência

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