MADRID 14 jul. (EUROPA PRESS) -
O Instituto de Ciência dos Materiais de Madri (ICMM-CSIC), do Conselho Superior de Pesquisas Científicas (CSIC), lidera uma pesquisa internacional que conseguiu, pela primeira vez, observar como uma molécula redistribui sua energia após absorver luz, diferenciando o papel de cada átomo nesse processo.
O trabalho, publicado na revista Journal of the American Chemical Society, foi realizado no European XFEL de Hamburgo, o laser de raios X mais potente do mundo, conforme informou o CSIC.
As equipes de pesquisa utilizaram pulsos de raios X do European XFEL para demonstrar que diferentes átomos de uma mesma molécula podem revelar aspectos completamente distintos do processo.
O estudo, assim, fornece evidências claras de que a excitação pela luz pode aumentar a sensibilidade de um átomo ao movimento dos átomos vizinhos.
O novo método para acompanhar reações químicas ultrarrápidas em escala atômica e em tempo real pode ajudar a compreender a fotoestabilidade do DNA, o fluxo de energia em materiais captadores de luz e outros processos fundamentais impulsionados pela luz.
O trabalho investiga a 3-fluoropiridina, uma pequena molécula em forma de anel. Quando a molécula absorve luz, como um pulso curto de um laser ultravioleta, ela passa para um estado eletronicamente excitado e se deforma rapidamente, perdendo sua forma plana original.
Em seguida, ela atravessa o que é chamado de “interseção cônica”: um ponto de cruzamento breve, mas crucial, onde os movimentos dos elétrons e dos núcleos atômicos se acoplam fortemente. Após esse ponto, a molécula retorna ao estado fundamental. Nesse momento, a energia eletrônica se transforma em vibrações.
Os pesquisadores descobriram que essa conversão deixa marcas distintas em diferentes sítios atômicos: o átomo de flúor atua como um marcador claro do relaxamento vibracional, enquanto o átomo de nitrogênio, que está mais diretamente envolvido na excitação, reflete uma resposta entrelaçada de redistribuição eletrônica e movimento estrutural.
“Agora podemos ver que nem todos os sítios atômicos contam a mesma história nos sinais que captamos com nossos pulsos de raios X”, destaca Antonio Picón, pesquisador do Instituto de Ciência dos Materiais de Madri (ICMM-CSIC) e um dos líderes do trabalho. “Alguns átomos indicam para onde a carga se desloca, enquanto outros revelam como toda a molécula vibra”, acrescenta.
Para observar esse processo, a equipe utilizou a espectroscopia de fotoelétrons de raios X com resolução temporal (tr-XPS) no instrumento Small Quantum Systems (SQS) do European XFEL.
Primeiro, um pulso de laser ultravioleta excitou as moléculas; em seguida, um pulso de raios X moles, com um atraso preciso, as ionizou, arrancando elétrons fortemente ligados dos átomos de nitrogênio ou flúor.
Medindo a energia desses elétrons emitidos em diversos intervalos de tempo, os cientistas reconstruíram como o ambiente químico local evoluiu ao longo de apenas alguns picossegundos (bilionésimos de segundo). Para interpretar os dados, a equipe desenvolveu simulações e modelos avançados.
O trabalho demonstra a capacidade dos pulsos de raios X ultracurtos e de alta luminosidade do European XFEL de desvendar os movimentos acoplados mais rápidos na matéria. Além dessa molécula em particular, a abordagem pode ser aplicada de forma geral para analisar como a luz desencadeia mudanças estruturais, com o potencial de investigar sistemas cada vez mais complexos, desde moléculas orgânicas funcionais até blocos biomoleculares e materiais energéticos.
“Foi para isso que o European XFEL foi construído: para observar a mudança química onde ela começa, em locais atômicos específicos e em sua escala temporal natural”, comenta Daniel Rivas, ex-cientista desse instrumento e agora cientista convidado na SQS e coautor do estudo.
O cientista acrescenta que, ao combinar a sensibilidade em múltiplos locais com resolução na ordem dos femtossegundos, eles estão “abrindo uma nova janela para os mecanismos microscópicos que regem a fotoquímica”.
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