Pela primeira vez, os cientistas usaram o Ultra -ass raios X Flashes para fazer uma imagem direta de um elétron enquanto se move durante uma reação química.
No novo EstudarPublicado em 20 de agosto na revista para exame físico, os pesquisadores alcançaram esse feito incrível ao pintar como um elétron de namorado – um elétron na camada externa do átomo – moveu -se quando a molécula de amônia entrou em colapso.
Durante décadas, os cientistas usaram a dispersão de ultra-raios de imagem Átomos e suas reações químicas. A dispersão usa abraços x -raio para congelar o pequeno e rápido movimento de moléculas em ação. Os raios X têm a faixa perfeita de comprimento de onda para registrar detalhes em uma escala atômica, tornando-os ideais para pintar moléculas.
No entanto, os raios X se comunicam fortemente apenas com os elétrons básicos próximos ao núcleo do átomo. Os elétrons dos namorados – os elétrons mais remotos do átomo e os que são realmente responsáveis por reações químicas – foram ocultas.
“Queríamos fotografar os reais elétrons que dirigem esse movimento”, Gabaldisse a um aluno de física de doutorado e principal autor do estudo, Live Science.
Se os cientistas podem entender como os elétrons dos namorados se movem durante as reações químicas, isso pode ajudá -los a projetar melhores medicamentos, processos químicos mais limpos e materiais mais eficazes, disse Gabalski.
Para começar, a equipe teve que encontrar a molécula certa. Acabou sendo amônia.
“A amônia é uma espécie de especial”, disse Gabalski. “Como existem principalmente átomos de luz, não há muitos elétrons básicos para afogar o sinal do externo. Por isso, tivemos um tiro, de fato, vimos esse elétron de namorado”.
O experimento foi realizado em Fonte de luz coerente sobre o laboratório do Laboratório Nacional para acelerador SLACUm objeto que produz pulsos intensos e curtos de raios-X. Primeiro, a equipe deu à molécula de amônia um pequeno golpe para a luz ultravioleta, o que fez um dos elétrons “saltar” para um nível de energia mais alto. Os elétrons nas moléculas geralmente permanecem em estados com baixa energia e, se impostos, causam uma reação química. Então, com o feixe de raios-X, os pesquisadores registraram a “nuvem” do elétron quando a molécula começou a quebrar.
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Em Física QuânticaOs elétrons não são considerados pequenas bolas orbitando o núcleo. Em vez disso, eles existem como uma nuvem de probabilidade, “onde maior densidade significa que você tem maior probabilidade de ver o elétron”, explicou Gabalski. Essas nuvens também são conhecidas como orbitais e cada uma tem uma forma especial, dependendo da energia e posição do elétron.
Para mapear esta nuvem eletrônica, a equipe correu Mecânico quântico Simulações para calcular a estrutura eletrônica da molécula. “Então, agora este programa que usamos para esses tipos de cálculos vai e revela para onde os elétrons enchem esses orbitais ao redor da molécula”, disse Gabalski.
Os raios X atuam como ondas e, quando passam pela nuvem da probabilidade do elétron, pulverizam em direções diferentes. “Mas então esses raios-X podem se misturar”, disse Gabalski. Ao medir esse esquema de mistura, a equipe reconstruiu uma imagem do orbital elétron e viu o elétron se movendo durante a reação.
Eles compararam os resultados com dois modelos teóricos: aquele que incluía o movimento do elétron do Valentine e o que não o fez. Os dados coincidiram com o primeiro modelo, confirmando que eles adotaram a reabilitação do elétron em ação.
Os pesquisadores esperam adaptar o sistema para uso em ambientes 3D mais complexos que imitam melhor tecidos reais. Ele o aproximará das aplicações na medicina regenerativa, como o crescimento ou o reparo do tecido da demanda.
