Antimatéria pode ligar átomos em moléculas estáveis

Representação da estrutura eletrônica de um par de ânions ligados pelo compartilhamento de um pósitron. Créditos: Andrés Reyes / National University of Colombia.

Por Igor Zolnerkevic
Publicado na Sociedade Brasileira de Física

Um estudo publicado recentemente no periódico Chemical Science sugere que certos elementos químicos poderiam ser ligados por meio de um pósitron, a partícula de antimatéria correspondente ao elétron. O pósitron possui a mesma massa e spin de um elétron, mas com uma carga elétrica de número igual de sinal positivo. Os cálculos realizados pela equipe com participação brasileira coordenada por Andrés Reyes, professor da Universidade Nacional da Colômbia, mostram que pares de ânions feitos de átomos de flúor, cloro ou bromo com um elétron a mais são capazes de formar moléculas estáveis ao compartilharem um pósitron, de maneira parecida com que átomos compartilham elétrons em uma ligação química covalente convencional.

As ligações covalentes positrônicas seriam ainda mais estáveis que as suas equivalentes eletrônicas, afirma Márcio Varella, professor do Instituto de Física da Universidade de São Paulo, um dos colaboradores de Reyes na pesquisa publicada. O resultado mereceu destaque na seção Chem Science Week of the Week e reportagem na revista Chemistry World, ambos no site da Royal Society of Chemistry.

Como Varella explica no vídeo, ainda na década de 1940 foi prevista teoricamente, e depois confirmada experimentalmente, a existência do átomo de positrônio, um análogo do átomo de hidrogênio, formado por um elétron e um pósitron. Só nas últimas duas décadas, porém, depois de avanços experimentais em técnicas para acúmulo e manipulação de pósitrons e átomos de positrônio a baixas energias, além de avanços na ciência do anti-hidrogênio, formado por um anti-próton, a antipartícula do próton, e por um pósitron, que o estudo de moléculas com pósitrons tomou impulso.  “Já foram produzidas cerca de 70 moléculas positrônicas em experimentos que promovem a colisão entre pósitrons de baixas energias e moléculas estáveis”, diz o físico.

Em um trabalho publicado ano passado no periódico Angewandte Chemie, Reyes, Varella e seus colegas propuseram a possibilidade de se produzir moléculas positrônicas sustentadas por ligações covalentes. “Consideramos dois ânions de hidrogênio, H- e H-, um sistema repulsivo que não forma uma molécula estável, mas que se torna estável na presença de um pósitron”.

No novo artigo, além de verificarem teoricamente a estabilidade da ligação covalente de pares de ânions de flúor, cloro ou bromo por meio de um pósitron, os pesquisadores compararam a estabilidade dessas moléculas positrônicas com a de moléculas eletrônicas convencionais. A equipe identificou que essas moléculas são pares de cátions de átomos de sódio, potássio ou rubídio com um elétron faltando. A análise concluiu que, embora as ligações covalentes pelo compartilhamento de um elétron dentro de cada par de cátions tenham níveis energia semelhantes às das ligações positrônicas estudadas, as últimas seriam mais estáveis que as ligações eletrônicas.

“Procuramos entender o porquê”, diz Varella. “Percebemos que os efeitos de correlação e relaxação, isto é, a maneira como os elétrons dos íons atômicos respondem à presença de um elétron adicional ou de um pósitron adicional, são mais proeminentes nos casos positrônicos. São esses efeitos que contribuem de maneira mais significativa para uma maior estabilidade. Concluímos portanto que pode haver um grande número de sistemas sustentados por ligações covalentes positrônicas”.

Varella participou do estudo com apoio da FAPESP e do CNPq.

Referência

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