A velocidade das reações químicas depende do estado quântico do núcleo

by GREGO^®

Experiências recentes de cientistas da Universidade de Maryland, do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia e da Universidade de Varsóvia mostram a dependência entre a velocidade das reações químicas e o estado quântico dos núcleos dos átomos que entram em reação.

Recentemente, a física experimental melhorou significativamente a capacidade de resfriamento de átomos a temperaturas ultrabaixas, onde são regidas pelos efeitos quânticos. Como resultado dessa refrigeração, cada uma dessas moléculas atingem os estados mais baixos de energia, e a temperatura da molécula correspondente a todos os graus de liberdade inferiores a 1 milionésimo de Kelvin.

O estado condensado de Bose-Einstein de átomos ultraresfriados a 14 anos atrás, causou grande impacto no mundo científico, para o qual foi agraciado com o Prémio Nobel. Não espere menos ruído e efeitos associados com moléculas ultraresfriadas. Outro ponto interessante foi a compreensão de como ultracold moléculas vão interagir uns com os outros. É sabido que em circunstâncias normais, a influência dos estados quânticos de núcleos nas reações químicas não são visíveis. No entanto, isso não é verdade para átomos ultraresfriados.

A fim de estudar a interação de cientistas da Universidade de Maryland e do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia mediram a taxa na qual as moléculas são trocados átomos RbK para formar moléculas de K2 Rb2. Apurou-se que a taxa de câmbio de átomos é muito dependente do sentido de rotação dos núcleos, ou seja, de fato, o estado quântico dos núcleos. Se as direções coincidem, a taxa de reação foi de 100 vezes menos do que em uma situação onde eles têm sentidos diferentes.

Após a fase experimental, o grupo se uniu a um colega da Universidade de Varsóvia, para formar a base teórica para os resultados e calcular formalmente a velocidade das reações químicas em temperaturas ultrabaixas. A teoria foi publicada na revista Physical Review Letters.

Dadas as temperaturas extremamente baixas, os cálculos são para incluir parâmetros como o estado quântico dos núcleos atômicos e as propriedades de onda das moléculas. Os resultados teóricos são confirmados pelas experiências: quando duas moléculas são resfriadas a temperaturas ultrabaixas, interagem umas com os outras dentro de uma certa reação química, sua taxa é significativamente afetada pelo estado quântico dos núcleos no interior dos átomos da molécula. Tudo o que importa é a orientação da rotação dos núcleos, como essas partículas se comportam como férmions (não permitindo que as partículas de dois estados iguais).

O achado mais surpreendente pelos cálculos foi de que o resultado final não depende da química. Soluções versáteis surpreenderam até mesmo os pesquisadores. De qualquer forma, o grupo mostrou que a taxa de reação total não depende apenas da condição imediatamente anterior à reação química, mas também dos estados de moléculas em algumas distâncias intermediárias.

O entendimento da interação de moléculas ultraresfriadas é extremamente importante para o desenvolvimento desta parte da ciência. Em um futuro muito próximo, essa teoria pode ser usado em computadores quânticos.

Fonte: site Физика, Новости физики (Física, Física News)