Cientistas resolvem mistério do oxigênio altamente reativo
Pesquisadores desvendaram um enigma de décadas na química ao explicar como o oxigênio se torna altamente reativo em certas condições. O avanço, detalhado em um estudo recente, revela um novo mecanismo envolvendo reações de oxigênio atômico. Essa descoberta pode reformular o entendimento dos processos atmosféricos e da combustão.
Por mais de 50 anos, os químicos ficaram perplexos com o comportamento do oxigênio altamente reativo, particularmente na forma conhecida como oxigênio singlete, que desempenha um papel crucial em reações desde a fotossíntese até a poluição. Uma equipe liderada por David Osborn nos Laboratórios Nacionais de Sandia, nos Estados Unidos, finalmente resolveu o mistério por meio de técnicas experimentais avançadas.
O estudo, publicado na revista Science em 10 de outubro de 2024, focou na reação entre átomos de oxigênio e oxigênio molecular. Usando um método chamado velocity map imaging, os pesquisadores observaram os intermediários fugazes na reação O + O2 → O3, mas com uma reviravolta: eles identificaram uma via que leva à formação de produtos de oxigênio em estado triplete altamente reativos.
"Essa reação foi uma caixa preta por tanto tempo", disse Osborn em uma entrevista para a New Scientist. "Agora vemos exatamente como a energia é distribuída, explicando por que o oxigênio pode se tornar de repente tão agressivo ao quebrar ligações."
O contexto desse enigma remonta aos anos 1970, quando experimentos iniciais mostraram inconsistências nas taxas de reatividade do oxigênio sob diferentes pressões e temperaturas. Modelos anteriores assumiam transferência de energia simples, mas falharam em considerar efeitos quânticos que permitem ao oxigênio acessar estados eletrônicos proibidos.
Essa nova visão confirma detalhes de múltiplas simulações computacionais realizadas na década de 2010, resolvendo discrepâncias em que dados de laboratório entravam em conflito com a teoria—por exemplo, relatórios anteriores sugeriam taxas de reação 10 vezes mais altas do que o previsto, enquanto este trabalho as alinha precisamente.
As implicações vão além da química pura. Na atmosfera, esse mecanismo pode influenciar a depleção de ozônio e a formação de smog, afetando modelos climáticos. Na indústria, previsões melhores da reatividade do oxigênio podem aprimorar designs de motores e reduzir emissões de processos de combustão.
A pesquisa foi conduzida usando instalações de ponta na Combustion Research Facility de Sandia, destacando o papel dos laboratórios nacionais na ciência fundamental. Embora a equipe enfatize a necessidade de validação adicional em ambientes complexos, isso resolve um enigma central que tem eludido cientistas por gerações.