Físicos observam fluxo de energia em tempo real pela primeira vez

 

 

 

 

Vendo o fluxo de energia

Pela primeira vez, cientistas rastrearam em tempo real como átomos individuais se combinam durante uma reação química para formar um novo composto – e quais processos estão envolvidos nesse movimento.

Sem energia, os átomos permaneceriam em suas configurações originais, impossibilitando qualquer reação química. Assim, a energia é o combustível que impulsiona o movimento dos átomos para que a reação ocorra. E isso equivale a dizer que, ao monitorar a dinâmica da reação química passo a passo, o que Michael Stadlhofer e colegas da Universidade de Tecnologia de Graz, na Alemanha, fizeram foi essencialmente rastrear o fluxo de energia.

Para conseguir isso pela primeira vez, a equipe primeiro isolou átomos de magnésio usando hélio superfluido e, em seguida, usou um pulso de laser para desencadear a reação. Usando um microscópio precisamente ajustado para isso, eles conseguiram observar a formação do composto e a transferência de energia envolvida entre os átomos individuais, e fizeram isto com uma resolução temporal na faixa dos femtossegundos (10^-15 segundo).

É difícil observar processos químicos em tempo real porque é difícil preparar reagentes em condições iniciais precisamente definidas e os átomos parecem formar ligações instantaneamente. Os pesquisadores venceram esse desafio realizando experimentos com gotículas de hélio superfluido. Essas gotículas funcionam como nanogeladeiras ultrafrias que isolaram os átomos individuais de magnésio uns dos outros – a uma distância de um milionésimo de milímetro – a temperaturas extremamente baixas, de 0,4 Kelvin (-272,75 ºC, ou 0,4 ºC acima do zero absoluto).

 

“Essa configuração nos permitiu iniciar a formação do aglomerado com um pulso de laser e rastreá-lo precisamente em tempo real,” contou Stadlhofer.

 

 

 

 

Átomos acumulam sua energia

Os pesquisadores observaram os processos desencadeados pelo pulso de laser usando espectroscopia de fotoelétrons e de fotoíons.

Enquanto os átomos de magnésio se combinavam para formar um aglomerado, eles eram ionizados com um segundo pulso de laser. Isso permitiu reconstruir os processos envolvidos em detalhes com base nos íons formados e nos elétrons liberados.

A descoberta fundamental feita ao observar o fluxo de energia é a chamada agregação de energia. Considere, por exemplo, que você tenha várias moléculas, cada uma com uma quantidade de energia. Na agregação de energia, em vez de a energia de cada molécula ser dissipada ou usada individualmente, ela é direcionada para uma única molécula, que então atinge um nível de energia que seria difícil ou impossível de alcançar por meio da absorção direta de uma única fonte.

 

No caso do experimento realizado pela equipe, à medida que se ligavam, vários átomos de magnésio transferiam a energia de excitação recebida do primeiro pulso de laser para um único átomo no aglomerado, de modo que este atingisse um estado de energia muito mais elevado. Esta é a primeira vez que o agrupamento de energia foi demonstrado com resolução temporal.

“Esperamos que essa separação atômica dentro de gotículas de hélio também funcione para uma classe maior de elementos e, assim, se torne um método de aplicação geral na pesquisa básica,” disse o professor Markus Koch. “Além disso, as descobertas sobre agregação de energia podem ser relevantes para processos de transferência de energia em diversas áreas de aplicação, por exemplo, na fotomedicina ou na utilização de energia solar.”

(Direitos autorais reservados: https://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias – ENERGIA/ NOTÍCIAS/ Redação do Site Inovação Tecnológica – 20/06/2025)

Bibliografia:

Artigo: Real-time tracking of energy flow in cluster formation
Autores: Michael Stadlhofer, Bernhard Thaler, Pascal Heim, Josef Tiggesbäumker, Markus Koch
Revista: Communications Chemistry
Vol.: 8, Article number: 165
DOI: 10.1038/s42004-025-01563-6