&bala; Física 18, 63
O efeito de aquecimento das microondas tem sido usado há muito tempo para acelerar as reações. Um novo experimento mostra que as microondas também podem excitar moléculas em um estado menos reativo.
Segundo a lei de Arrhenius, o aquecimento aumenta a energia das moléculas para que mais delas possam superar a barreira de ativação e passar por uma reação química. Uma maneira de entregar calor é através da radiação de microondas. Desde seu uso precoce na síntese química, os cientistas notaram que as reações induzidas por microondas geralmente procedem de maneira diferente em comparação com as aprimoradas com banhos de óleo e outros métodos de aquecimento tradicionais. Essa descoberta levou a especulações e debates contínuos – e até controvérsia – sobre a existência de efeitos de microondas além do aquecimento (1). Agora, Valentina Zhelyazkova, do Instituto Federal de Tecnologia da Suíça (ETH) Zurique e seus colaboradores demonstraram que as microondas podem acelerar e desacelerar reações químicas (2). A descoberta fornece evidências claras da influência não térmica das microondas nos processos químicos. Também abre um caminho para controlar as reações e entendê -las mais profundamente.
Em sua investigação, Zhelyazkova e seus colaboradores manipularam a taxa da reação da fase gasosa entre íons de hélio carregados positivamente (ele+) e moléculas de monóxido de carbono (CO): ele++ Co Ele + c++ O. De acordo com a chamada teoria da captura, a taxa da reação depende dos estados rotacionais de CO, cujas energias quantizadas estão dentro da banda de microondas (Fig. 1). O experimento começou com a preparação de feixes supersônicos separados de átomos de HE e moléculas de CO through expansão de alta pressão no vácuo. As moléculas de CO estavam inicialmente no estado basic rotacional. Ao aplicar um pulso de microondas com precisão antes da reação, os pesquisadores excitaram uma fração da população ao primeiro estado excitado rotacionalmente, que é menos reativo que o estado basic. A fração excitada pode ser ajustada alterando a duração do pulso de microondas.
As reações ocorreram nas energias de colisão correspondentes a apenas alguns Kelvins, temperaturas nas quais participam apenas alguns estados angulares quantizados. Para alcançar temperaturas tão baixas eficazes, os pesquisadores fundiram o CO e ele sorri em trajetórias quase paralelas e combinou cuidadosamente suas velocidades relativas. A fusão das vigas foi facilitada usando um laser para transformar os átomos de He em átomos de Rydberg. Um dispositivo chamado defletor de Rydberg-Stark conduziu o empolgado que ele átomos no caminho das moléculas de CO. A conversão para os átomos de Rydberg teve outro efeito. Ele transformou os elétrons do hélio em espectadores distantes, deixando os átomos para participar da reação como se fossem íons.
Usando um espectrômetro de massa de tempo de voo equipado com um detector de placas de microcanal, Zhelyazkova e seus colaboradores identificaram e contavam os produtos de reação. Eles inferiram taxas de reação em temperaturas diferentes e as compararam com as previsões da teoria da captura. Os resultados não puderam ser explicados assumindo que apenas um sub -nível magnético de CO rotacionalmente period ocupado, conforme esperado das propriedades da radiação de microondas. Para reconciliar a teoria com o experimento, os pesquisadores descobriram que precisavam considerar a contribuição de todos os sub -níveis magnéticos de CO rotacionalmente para a taxa de reação geral. Os pesquisadores propuseram que os campos perdidos em seu laboratório induziram a randomização entre os níveis sub -bosques. Sublevels magnéticos à parte, a teoria da captura funciona bem em baixas temperaturas e com apenas uma through de reação (3). No entanto, a teoria não explica forças de curto alcance, que influenciam a through que uma reação toma. Portanto, não pode prever quais produtos são formados e em quais proporções.
Zhelyazkova e o esquema de controle de microondas de seus colaboradores não apenas demonstra a capacidade de suprimir as taxas de reação, mas também fornece um meio de ajustar finamente a reatividade química-da supressão ao aprimoramento-ajustando a duração da duração do microondas. Essa abordagem pode ser generalizada para uma ampla gama de moléculas preparadas em estados rotacionais específicos e, assim, permitir insights mais profundos sobre isômeros-ou seja, moléculas com composição atômica idêntica-ou para estudos detalhados da dependência do estado rotacional de reações químicas em condições astrofisicamente relevantes.
Referências
- C. Oliver Kappe, “Aquecimento controlado por microondas na síntese orgânica moderna”. Angew. Chem., Int. Ed. 436250 (2004).
- FBV Martins et al.“Química fria controlada por microondas”. Phys. Rev. Lett. 134123401 (2025).
- A. Tsikritea et al.“Seize Idea Fashions: uma visão geral de seu desenvolvimento, verificação experimental e aplicações para reações iônicas -moléculas” J. Chem. Phys. 157 (2022).
