Molécula gigantesca demonstra novo tipo de ligação química

Redação do Site Inovação Tecnológica - 11/07/2022

Estrutura da supermolécula, mostrando o átomo de Rydberg (esquerda) e o íon que a formam.
[Imagem: Danyel Cavazos]

Maior molécula do mundo

Pesquisadores da Universidade de Stuttgart, na Alemanha, criaram aquela que parece ser a maior molécula do mundo, maior do que alguns tipos de bactérias.

O mais comum é ouvirmos falar de químicos sintetizando novas moléculas, algo que eles fazem normalmente de duas maneiras: Por uma ligação iônica (uma atração eletrostática entre dois íons de cargas opostas) ou por uma ligação covalente (o compartilhamento de elétrons entre dois átomos neutros).

Mas esta nova molécula gigante foi criada não por químicos, mas por físicos, e eles usaram um novo tipo de ligação entre as partículas.

A supermolécula se forma quando o campo elétrico de um íon deforma um átomo de Rydberg, induzindo um dipolo em que um lado do átomo é mais carregado negativamente e o outro mais positivamente. Dependendo da orientação do dipolo elétrico, a interação entre o dipolo induzido do átomo de Rydberg e a carga do íon pode ser atrativa ou repulsiva.

A distâncias mais curtas, o átomo e o íon se repelem, e, a distâncias maiores, eles se atraem. A distância em que se dá essa inversão do dipolo determina o comprimento da molécula.

A coesão da molécula é garantida pela inversão da polaridade do átomo de Rydberg.
[Imagem: Nicolas Zuber et al. - 10.1038/s41586-022-04577-5]

Átomo de Rydberg

Um átomo de Rydberg normalmente é construído a partir de um conjunto ultrafrio de átomos do elemento rubídio, e esta nuvem funciona como o núcleo do átomo. Usando um laser, um elétron é levado para um estado altamente energizado, o que o leva a orbitar o núcleo a uma distância muito grande, mas sem se desprender dele - portanto, sem ionização.

Isso faz com que o átomo de Rydberg tenha um raio enorme, na faixa de centenas de nanômetros - mais de 1.000 vezes o raio de um átomo normal.

Os átomos de Rydberg são altamente sensíveis a campos eletromagnéticos, apresentando uma série de propriedades muito interessantes - eles já foram usados como qubits e até para criar um rádio atômico.

Na molécula agora construída, o campo elétrico de um íon deforma esse átomo gigantesco. Curiosamente a deformação pode ser atrativa ou repulsiva dependendo da distância entre as duas partículas, deixando os parceiros de ligação oscilarem em torno de uma distância de equilíbrio e induzindo a ligação molecular - a molécula resultante é bem maior do que a maior molécula sintética já construída.

Devido ao seu tamanho gigantesco e à fraca ligação da molécula, os processos dinâmicos são mais lentos em comparação com as moléculas usuais, o que torna o experimento interessante para estudos fundamentais - tanto de física, quanto de química.

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