Relatividade especial pode alterar ligações químicas, afirma estudo

Pesquisadores liderados por Lai-Sheng Wang, da Universidade Brown, em Rhode Island, observam pela primeira vez como a teoria da relatividade especial de Albert Einstein pode moldar ligações químicas em moléculas. O estudo, publicado na revista Science, revela que a relatividade pode influenciar a estrutura das ligações químicas em um composto de bismuto e carbono.

Impacto da relatividade em átomos pesados

A teoria da relatividade especial descreve como a movimentação em velocidades próximas à da luz afeta a percepção de espaço e tempo. Embora frequentemente associada a aceleradores de partículas e naves espaciais, a dinâmica também se aplica a alguns átomos pesados, onde elétrons se movem em velocidades relativísticas. Wang e sua equipe investigaram um composto carregado formado por átomos de bismuto e carbono, onde esperavam encontrar ligações de tipo “sigma” e “pi”.

Resultados surpreendentes e nova compreensão

Durante o experimento, os cientistas mapearam a distribuição de elétrons na molécula, mas ao invés de observar as formas típicas associadas às ligações sigma e pi, encontraram configurações que eram misturas dessas formas. “Os caracteres são diferentes da nossa compreensão normal”, afirma Wang. “Não se pode realmente chamá-las de sigma e pi.”

O trabalho de Kirk Peterson, da Universidade Estadual de Washington, foi crucial para entender que essa mistura de ligações era resultado da forte interação eletromagnética que fazia com que os elétrons próximos ao núcleo de bismuto se movessem em velocidades relativísticas. Peterson destaca que essa descoberta não havia sido capturada em experimentos anteriores.

Desafios e avanços na pesquisa de elementos pesados

Peterson ressalta que um dos principais desafios no estudo de elementos pesados é a escassez de dados experimentais de alta qualidade. “Ter um experimento tão elegante para comparar teoria avançada com dados é um luxo”, diz ele. Wang acrescenta que a possibilidade de resfriar a molécula antes de analisar os elétrons ajudou a eliminar flutuações que poderiam comprometer a precisão das imagens obtidas.

Os efeitos relativísticos também impactam outros elementos na mesma linha do bismuto na tabela periódica. Trond Saue, da Universidade de Toulouse, na França, explica que, à medida que se avança para elementos mais pesados, os efeitos da relatividade tornam-se essenciais para compreender suas propriedades. Por exemplo, sem esses efeitos, o ouro teria a mesma coloração que a prata e o mercúrio não seria líquido.

Pekka Pyykkö, da Universidade de Helsinque, na Finlândia, observa que o impacto da relatividade nas ligações do bismuto com o carbono pode influenciar a utilização de compostos orgânicos de bismuto em reações químicas. Um estudo recente do Instituto Max Planck para Pesquisa do Carvão, na Alemanha, já demonstrou que os efeitos relativísticos tornam esse metal pesado um bom catalisador em processos químicos.

Wang e sua equipe planejam repetir o experimento usando elementos próximos ao bismuto na tabela periódica para investigar até que ponto a relatividade especial altera a estrutura das ligações químicas tradicionais.