Cientistas Capturam a Primeira Imagem de Elétrons Individuais em Ação Durante Reações Químicas

Uma equipe de pesquisadores anunciou em 20 de agosto de 2025 um avanço científico sem precedentes: a primeira imagem direta de um elétron individual em movimento durante uma reação química. O estudo, publicado na renomada Physical Review Letters, utilizou pulsos ultrarrápidos de raios-X para observar o comportamento de um elétron de valência no exato momento em que uma molécula de amônia se dissocia. Esta conquista abre novas portas para a compreensão dos mecanismos fundamentais das reações químicas.

Tradicionalmente, técnicas como a dispersão de raios-X permitiam a observação de átomos e suas interações em alta velocidade, mas interagiam principalmente com elétrons internos, deixando os elétrons de valência – cruciais para as transformações químicas – fora do alcance visual. A equipe de pesquisa superou essa limitação, possibilitando a observação direta dessas partículas externas. Ian Gabalski, autor principal do estudo, destacou que o aprofundamento no estudo do comportamento dos elétrons de valência pode otimizar o desenvolvimento de fármacos, introduzir tecnologias químicas mais estáveis e criar materiais avançados.

Para o experimento, a molécula de amônia foi selecionada devido à sua estrutura composta por átomos leves, o que minimiza a interferência de elétrons internos e aumenta a probabilidade de capturar o sinal desejado. O trabalho foi realizado no Laboratório Nacional de Aceleradores SLAC, utilizando a Fonte de Luz Coerente Linac (LCLS), um acelerador conhecido por gerar pulsos de raios-X intensos e de curta duração.

O processo experimental envolveu a exposição da molécula de amônia a um pulso de luz ultravioleta, que elevou um elétron a um estado de maior energia, desencadeando a dissociação. Em seguida, raios-X foram empregados para registrar os movimentos na nuvem eletrônica, refletindo a dinâmica da reação em escalas de tempo de femtossegundos. A capacidade de capturar essas dinâmicas em tempos tão curtos é fundamental para desvendar etapas intermediárias de reações químicas anteriormente inacessíveis.

Os pesquisadores utilizaram modelagem computacional para descrever os elétrons como nuvens de probabilidade, ou orbitais. As ondas de raios-X, ao atravessarem essas nuvens, dispersaram e interferiram, permitindo a reconstrução da imagem e o rastreamento dos movimentos eletrônicos. A comparação dos dados obtidos com modelos teóricos confirmou o papel central dos elétrons de valência nas mudanças observadas.

Olhando para o futuro, a equipe planeja adaptar essa tecnologia para ambientes mais complexos, incluindo configurações tridimensionais, o que pode levar a aplicações práticas em medicina regenerativa, como a restauração de tecidos ou a criação de estruturas artificiais sob medida. A capacidade de visualizar elétrons de valência em tempo real representa um salto qualitativo na manipulação da matéria em seu nível mais fundamental.