Qualquer conceito com o termo “quântico” aplicado raramente significa exatamente aquilo a que se refere. Sempre há reviravoltas e interpretações conflitantes que complicam as coisas, mas as respostas que surgem muitas vezes revelam as verdades mais fundamentais sobre o universo.
Em um recente Cartas de revisão física artigo, os físicos da Universidade Goethe, na Alemanha, levam essa dinâmica a um nível totalmente novo, especificamente para a geometria de estruturas atômicas complexas. Moléculas como ácido fórmico são considerados “planos”, pois seus átomos estão em um único plano. Mas, como demonstra a nova pesquisa, os efeitos da mecânica quântica fazem com que na verdade nunca sejam planos – as minúsculas partículas vibram levemente, dando à molécula uma estrutura tridimensional.
“A natureza resiste à rigidez e força até as estruturas mais simples para a terceira dimensão”, observaram os pesquisadores em um relatório. declaração.
Química do ensino médio? Sim, esqueça
As representações tradicionais de átomos e grupos de átomos – moléculas – normalmente os mostram como objetos esféricos conectados por bastonetes. Esta ideia desmorona no mundo quântico, onde os núcleos atômicos são “mais parecidos com nuvens vibrantes”, explicou Reinhard Dörner, autor sênior do estudo e físico da Universidade Goethe, no comunicado.
Para ser exato, os núcleos atômicos são “pontos” de dimensão zero sem uma posição determinada no nível quântico, uma vez que estão essencialmente “um pouco em todos os lugares”, acrescentou Dörner.
Atribuindo formas às probabilidades
Dito isto, os cientistas, para fins práticos, também assumem frequentemente que as moléculas têm uma forma fixa. A geometria de uma molécula determina sua estabilidade e reatividade, por isso faz muito mais sentido que os pesquisadores trabalhem com um modelo definido em vez de equações complexas de função de onda para cada reação.
Até certo ponto, os cientistas pode identificar ângulos específicos em que os átomos se ligam – também probabilidades técnicas, mas previsões que percorreram um longo caminho para permitir descobertas químicas.
Quando a coisa plana não é (tão) plana
O novo estudo não rejeita essas previsões. Em vez disso, as suas descobertas matizam ainda mais o papel dos efeitos da mecânica quântica na ciência molecular – um papel que pode ter sido ignorado até agora.
Para seus experimentos, os pesquisadores investigaram o ácido fórmico (fórmula HCOOH), uma substância incolor e fedorenta usada em acaricidas agrícolas, armazenamento de hidrogênio para conjuntos de energia, cromatografia e produção industrial.
A molécula é conhecida por ter uma forma estritamente plana, o que significa que seus átomos constituintes ficam em uma superfície única e bidimensional. Isso também torna a molécula bastante simétrica em ambos os lados. Os pesquisadores queriam entender o quão estável essa forma “plana” realmente é.
Rastreando os tremores quânticos
Para investigar, a equipe atingiu moléculas de ácido fórmico com feixes de raios X em um acelerador de partículas. Quando a molécula explodiu devido ao excesso de energia, ela liberou minúsculos elétrons que os pesquisadores usaram para reconstruir matematicamente a estrutura original do ácido fórmico com extremo detalhe.
Notavelmente, eles sinalizaram movimentos consistentes em dois átomos de hidrogênio (a fórmula do ácido fórmico é HCOOH) que tornariam a molécula “efetivamente tridimensional em quase todos os momentos”, disseram os pesquisadores.
Novos insights sobre moléculas quânticas
Esse “tremor quântico”, como a equipe o chama, significa que o ácido fórmico provavelmente não é tão plano ou simétrico como se acreditava anteriormente. Dependendo das pequenas vibrações do hidrogênio, a molécula muda sua “lateralidade” ou se inclina para a direita ou para a esquerda.
Na química, essa assimetria pode alterar completamente as propriedades de uma molécula. Dito isto, os investigadores não acreditam que isto exija uma revisão conceptual; o próprio uso generalizado do ácido fórmico serve como prova de que os cientistas estão bem versados em seu comportamento.
Em vez disso, o tremor quântico sugere que a lateralidade pode não ser tão dependente da geometria de uma molécula estática como se acreditava anteriormente.
“Como pudemos mostrar usando o exemplo do ácido fórmico, o tremor quântico por si só pode gerar duas realidades espelhadas diferentes a partir de uma molécula simétrica”, disse Dörner. “Nossas descobertas com ácido fórmico mostram que a geometria não é uma propriedade estática, mas um evento dinâmico.”
O estudo também exemplifica como os efeitos quânticos sempre parecem complicar o que pensamos saber sobre as coisas no nível macroscópico. Esses efeitos quânticos são muito reais. O mesmo acontece com a nossa realidade macroscópica. Mas as discrepâncias entre os dois de alguma forma não quebram a nossa realidade – a realidade em que vivemos todos os dias.
