Em laboratórios do Pacific Northwest National Laboratory e do centro de aceleradores SLAC, cientistas obtiveram pela primeira vez imagens moleculares de como a água se reorganiza ao redor de uma molécula durante uma reação química chave. A luz desencadeia a transferência simultânea de um elétron e um próton, e a água circundante muda instantaneamente sua estrutura para apoiar esse processo.
A reação, conhecida como transferência de elétron acoplada a próton, está na base da fotossíntese, do funcionamento de células de combustível e de muitos processos catalíticos. A molécula absorve um fóton, o elétron é redistribuído e o próton se liga a um sítio específico. Até agora, ninguém conseguia observar todas essas mudanças simultaneamente com precisão atômica.
Os pesquisadores aplicaram uma combinação de técnicas de raios X: espectroscopia de absorção para rastrear o movimento dos elétrons e espalhamento de raios X para registrar a reorganização dos átomos de água. Os experimentos foram realizados na fonte de luz coerente Linac no SLAC, onde pulsos ultracurtos permitiram "congelar" os eventos na escala de picossegundos.
Como modelo, foi escolhido um complexo de rutênio que não complica os sinais com reorganizações extras. Cálculos teóricos e simulações de dinâmica molecular ajudaram a decifrar os dados obtidos e a relacionar mudanças locais na estrutura eletrônica com a reorganização global da rede de água.
Os resultados abrem caminho para a criação de catalisadores mais eficientes, baterias de fluxo e dispositivos de conversão de energia. Compreender como o ambiente solvente afeta a transferência de cargas permitirá que engenheiros controlem melhor esses processos em sistemas reais.
Os cientistas observam que a observação direta do próton ainda não é possível, mas a concordância entre experimento e cálculos fornece um quadro confiável. A nova técnica já está pronta para ser aplicada a reações biológicas e tecnológicas mais complexas.
Essa observação mostra o quão intimamente a molécula e seu ambiente aquoso agem como um todo único, e abre novos horizontes para o estudo de transformações químicas fundamentais.
