Bem, aqueles gatos loucos da química fizeram isso. Quase 200 anos após a descoberta da molécula por Michael Faraday, os pesquisadores finalmente revelaram a complexa estrutura eletrônica do benzeno.
Isso não apenas encerra um debate que está sendo travado desde a década de 1930, mas também tem implicações importantes para o desenvolvimento futuro de materiais optoeletrônicos, muitos dos quais são construídos com benzenos.
A estrutura atômica do benzeno é bem conhecida. É um anel que consiste em seis átomos de carbono e seis átomos de hidrogênio, um anexado a cada um dos átomos de carbono.
Onde fica extremamente complicado é quando consideramos os 42 elétrons da molécula.
“A função matemática que descreve os elétrons do benzeno é 126-dimensional”, disse ao ScienceAlert o químico Timothy Schmidt, do Centro de Excelência ARC em Exciton Science e da UNSW Sydney na Austrália.
“Isso significa que é uma função de 126 coordenadas, três para cada um dos 42 elétrons. Os elétrons não são independentes, portanto não podemos decompô-lo em 42 funções tridimensionais independentes.
A resposta calculada por uma máquina não é fácil de interpretar por um ser humano, e tivemos que inventar uma maneira de chegar à resposta “.
Então, isso significa que descrever matematicamente a estrutura eletrônica do benzeno precisa levar em consideração 126 dimensões. Como você pode imaginar, isso não é exatamente uma coisa simples de fazer. De fato, essa complexidade é a razão pela qual revelar a estrutura permanece um problema há tanto tempo, levando a debates sobre como os elétrons do benzeno se comportam.
Existem duas escolas de pensamento: o benzeno segue a teoria da ligação de valência, com elétrons localizados; ou teoria orbital molecular, com elétrons deslocalizados. O problema é que nenhum deles parece realmente se encaixar.
“A interpretação da estrutura eletrônica em termos de orbitais ignora que a função de onda é anti-simétrica no intercâmbio de rotações semelhantes”, escreveram os pesquisadores em seu artigo. “Além disso, os orbitais moleculares não fornecem uma descrição intuitiva da correlação eletrônica.”
O trabalho da equipe foi baseado em uma técnica que eles desenvolveram recentemente. Ele é chamado de amostragem dinâmica Voronoi Metropolis e usa uma abordagem algorítmica para visualizar as funções de onda de um sistema de múltiplos elétrons.
Isso separa as dimensões dos elétrons em blocos separados em um diagrama de Voronoi, com cada um dos blocos correspondendo às coordenadas dos elétrons, permitindo que a equipe mapeie a função de onda de todas as 126 dimensões.
E eles encontraram algo estranho.
“Os elétrons com o que é conhecido como ligação dupla ascendente, onde aqueles com ligação simples descendente e vice-versa”, disse Schmidt em comunicado. “Não é assim que os químicos pensam sobre o benzeno”.
O efeito disso é que os elétrons se evitam quando é vantajoso, reduzindo a energia da molécula e tornando-a mais estável.
“Essencialmente, isso une o pensamento químico, mostrando como os dois paradigmas predominantes pelos quais descrevemos o benzeno se juntam”, disse ele à ScienceAlert.
“Mas também mostramos como inspecionar o que é chamado de correlação eletrônica – como os elétrons se evitam. Isso quase sempre é ignorado qualitativamente e invocado apenas para cálculos em que apenas a energia é usada, e não o comportamento eletrônico”.
Publicado em 07/03/2020 12h41
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