Cientistas desvendaram um mistério de longa data sobre o comportamento de moléculas em líquidos, utilizando uma técnica a laser extrema que era considerada impossível para fluidos. A descoberta, que revelou como interações moleculares ultrarrápidas podem alterar drasticamente o movimento de elétrons, abre novas fronteiras na compreensão da química e biologia fundamental. Segundo informações do portal www.sciencedaily.com, o avanço foi impulsionado por um fenômeno inesperado: um flash de luz ausente durante experimentos.
Em ambientes líquidos, a dança incessante de moléculas e suas interações efêmeras têm sido um desafio para a observação científica. Diferente dos sólidos com suas estruturas fixas, os líquidos apresentam uma complexidade dinâmica que esconde os eventos mais cruciais da química, aqueles que se desenrolam em velocidades de attosegundos, um bilionésimo de um bilhão de segundo. Compreender esses mecanismos é fundamental para áreas que vão desde reações celulares até o desenvolvimento de novos materiais.
Apesar de sua importância central, a inspeção detalhada de líquidos em nível molecular permaneceu elusiva. Métodos tradicionais careciam da resolução temporal necessária para capturar a velocidade dessas interações. Agora, pesquisadores da Ohio State University e Louisiana State University demonstraram que a espectroscopia de alta harmônica (HHS) pode, finalmente, expor estruturas moleculares ocultas e a dinâmica eletrônica dentro de soluções líquidas, um feito notável publicado na PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences).
Superando barreiras na observação molecular
A espectroscopia de alta harmônica (HHS) representa uma revolução na forma como os cientistas observam o mundo subatômico. A técnica utiliza pulsos de laser extremamente curtos para arrancar elétrons de moléculas momentaneamente. Quando esses elétrons retornam, eles emitem luz que carrega informações detalhadas sobre seu movimento e o dos núcleos atômicos. Essas ‘fotos’ ocorrem em escalas de tempo muito mais rápidas do que os métodos convencionais conseguem resolver, atingindo a faixa do ultravioleta extremo e a resolução de attosegundos, uma área conhecida como ciência de attosegundos.
Estudar líquidos com HHS, no entanto, apresentava obstáculos significativos. Eles absorvem grande parte da luz harmônica produzida e suas moléculas em constante movimento dificultam a análise dos sinais resultantes. A equipe da OSU-LSU superou essas dificuldades desenvolvendo uma ‘lâmina’ líquida ultrafina, permitindo que mais luz emitida escapasse. Essa inovação abriu as portas para capturar a dinâmica molecular rápida e mudanças estruturais sutis em líquidos pela primeira vez.
O segredo revelado por um sinal silenciado
Com a nova configuração, os pesquisadores testaram misturas líquidas simples, como metanol combinado com pequenas quantidades de halobenzenos. Embora a expectativa fosse de que os halobenzenos dominassem o sinal harmônico, a mistura de fluorobenzeno (PhF) e metanol apresentou um comportamento anômalo. A emissão harmônica foi significativamente menor do que a de cada líquido isoladamente, e uma harmônica específica foi completamente suprimida.
Lou DiMauro, professor de Física na OSU, descreveu a supressão profunda como um claro sinal de interferência destrutiva, indicando uma interação próxima aos emissores. Simulações de dinâmica molecular revelaram que um ‘aperto de mão’ molecular sutil estava interferindo no movimento dos elétrons, demonstrando que os líquidos podem se organizar brevemente de maneiras que alteram dramaticamente o comportamento eletrônico. Essa organização transitória, antes invisível, agora pode ser mapeada, oferecendo uma nova perspectiva sobre a estrutura e as interações intermoleculares em líquidos.
A capacidade de observar interações moleculares ultrarrápidas em líquidos com tal precisão tem implicações vastas. Ela promete aprofundar nossa compreensão de processos químicos e biológicos fundamentais, como a forma como as enzimas funcionam ou como as células respondem a estímulos. Este avanço não só preenche uma lacuna crítica no conhecimento científico, mas também pavimenta o caminho para o desenvolvimento de novas tecnologias e a manipulação de materiais em um nível molecular sem precedentes. O futuro da química ultrarrápida em ambientes líquidos parece mais claro do que nunca.
