Tópico: Químicos disfarçam hélio de hidrogênio para testar teoria quântica

[EuSouOqueSou]

Químicos disfarçam hélio de hidrogênio para testar teoria quântica
Redação do Site Inovação Tecnológica - 04/02/2011
Químicos disfarçam hélio de hidrogênio para testar teoria quântica
Por ser muito mais pesado, o múon fica 200 vezes mais perto do núcleo de hélio do que o elétron que ele substituiu, efetivamente anulando a carga positiva de um dos prótons presentes no núcleo do átomo. [Imagem: Adaptado de Nature]

Em um verdadeiro feito de alquimia dos tempos modernos, cientistas forçaram átomos de hidrogênio a aceitar um átomo de hélio como se fosse um deles e até mesmo a reagir com ele.

Átomo híbrido

O "átomo híbrido" se faz passar por hidrogênio e se comporta quimicamente como hidrogênio, mas tem quatro vezes a massa do hidrogênio normal, autêntico.

Isso vai permitir que os cientistas verifiquem experimentalmente como a massa atômica afeta as reações químicas entre os elementos - algo que a teoria diz que pode ser calculado com as equações da mecânica quântica.

Um átomo de hélio consiste de um núcleo, contendo dois prótons positivamente carregados e dois nêutrons, rodeado por dois elétrons, com carga negativa.

Um átomo de hidrogênio tem apenas um próton e um elétron.

Donald Fleming e seus colegas da Universidade de British Columbia, no Canadá, conseguiram substituir um dos elétrons do átomo de hélio com um múon, uma partícula que é muito mais pesada do que um elétron.

Hidrogênio superpesado

Por ser muito mais pesado, o múon fica 200 vezes mais perto do núcleo de hélio do que o elétron que ele substituiu, efetivamente anulando a carga positiva de um dos prótons presentes no núcleo do átomo.

O elétron restante, desta forma, se comporta como se estivesse orbitando um núcleo com apenas um próton, assim como o elétron de um átomo de hidrogênio.

Mas a diferença é substancial: esse núcleo é 4,1 vezes mais pesado do que o normal.

Fleming e seus colegas usaram este "hidrogênio superpesado" para testar os efeitos da massa sobre as taxas com que ocorrem as reações químicas.

Um átomo de hidrogênio individual pode formar uma nova molécula de hidrogênio roubando um dos dois átomos de uma molécula de hidrogênio que já exista.

Mas, para que isso aconteça, deve haver energia suficiente para quebrar a ligação que mantém coesa a molécula já existente, certo?

Não exatamente. Ou, pelo menos, nem sempre.

Tunelamento quântico

Segundo a mecânica quântica, nem sempre é necessário passar por cima dessa barreira de energia: em vez disso, as partículas podem simplesmente "tunelar" através dela.

É aí que o "falso hidrogênio" se torna interessante: a mecânica quântica também diz que, quanto mais pesadas forem as partículas, mais difícil será para tunelar através delas - assim, a reação de troca de pares entre o átomo de hidrogênio solteiro e o par molecular deveria ocorre com muito menos frequência.

E o que poderia ser melhor para testar a mecânica quântica do que a reação de troca do hidrogênio - esta é, a rigor, a reação química mais simples que existe.

Para fazer isso, contudo, os cientistas precisavam de um terceiro hidrogênio, um hidrogênio ultraleve.

Eles conseguiram um substituindo um próton em um átomo de hidrogênio por um antimúon, o equivalente de antimatéria do múon - o átomo resultante chama-se muônio.

Então, foi "só" fazer os experimentos e comparar os resultados.

Ponto para a mecânica quântica

Os resultados mostraram que a incidência de reações com o hélio disfarçado foi a mais baixa, seguida do hidrogênio normal e, por último, do hidrogênio leve.

As taxas de reação bateram perfeitamente com as previsões teóricas feitas a partir dos cálculos da mecânica quântica.

O mais interessante é que isso era absolutamente inesperado.

Ocorre que a mecânica quântica não tem a pretensão de descrever as reações com tal precisão. Em um mundo de incertezas bizarras, os cálculos quânticos usam uma simplificação, chamada aproximação de Born-Oppenheimer, que supõe que os elétrons adaptam suas trajetórias instantaneamente em resposta a qualquer movimento do núcleo.

Isso é geralmente verdadeiro para os elétrons, que são quase 2.000 vezes mais leves do que os prótons. Mas não necessariamente tal comportamento seria esperado para os múons.

Ou seja, a teoria parece ter-se saído bem melhor do que os próprios cientistas esperavam.

Assim, a forma como qualquer sistema físico se altera ao longo do tempo pode, em teoria, ser prevista a partir dos estados quânticos de suas partículas individuais.

A maioria das reações químicas envolve partículas demais para que seja prático ficar fazendo esses cálculos - mas os cientistas agora sabem que, se houver poder de processamento suficiente e dificuldade de realizar a reação na prática, os cálculos vão dar resultados precisos.

> http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=helio-disfarcado-hidrogenio-testar-teoria-quantica&id=010160110204

[Dbohr]

A redação está bastante confusa, mas o feito é notável

[Eremita]

Vi isso lá no Slashdot.

É assim: pega um átomo de hélio, dá tchau pra um dos elétrons dele.
Substitui o elétron por um múon.
Como o múon é pesadão, mas tem a mesma carga do elétron, ele permanece a maior parte do tempo tão próximo, mas tão próximo do núcleo que, efetivamente, ele e um dos prótons agem juntos como se fossem um nêutron pra qualquer coisa na distância do raio atômico.
Então, você fica com 1 elétron, 1 próton, dois nêutrons verdadeiros e um par próton+múon que age como se fosse um nêutron. E mais estável que o trítio.

Agora eu quero ver fazerem água com essa porra. Hehe.

E é claro que a taxa de reação dele vai ser muitíssimo menor. Esse troço pesa 4 u.m.a, o hidrogênio normal pesa só 1 u.m.a. Velocidade média do heliogênio vai ser menor, com isso a velocidade de reação é menor também, e isso na mesma temperatura.

[Dbohr]

Eu entendi, mas a redação original está uma droga

Totalmente off-topic, mas me lembrei da coletiva de agora de tarde com o Ministro das Minas e Energia sobre o apagão do Nordeste. Um monte de repórteres fazendo perguntas sem-noção ou repetidas sobre aspectos técnicos de Engenharia Elétrica que eles claramente não entendem patavina.

[Eremita]

Eu entendi, mas a redação original está uma droga

Na verdade, eu nem tava te respondendo - afinal de contas, você manja do assunto e muitíssimo melhor do que eu - mas sim pros googleiros incautos que de vez em quando aparecem por aqui...

E sim, tá uma droga mesmo. "Palmas" para o jornalismo científico

[Geotecton]

Químicos disfarçam hélio de hidrogênio para testar teoria quântica
Redação do Site Inovação Tecnológica - 04/02/2011

Químicos disfarçam hélio de hidrogênio para testar teoria quântica

Por ser muito mais pesado, o múon fica 200 vezes mais perto do núcleo de hélio do que o elétron que ele substituiu, efetivamente anulando a carga positiva de um dos prótons presentes no núcleo do átomo. [Imagem: Adaptado de Nature]

Em um verdadeiro feito de alquimia dos tempos modernos, cientistas forçaram átomos de hidrogênio a aceitar um átomo de hélio como se fosse um deles e até mesmo a reagir com ele.

[...]
E sim, tá uma droga mesmo. "Palmas" para o jornalismo científico

"Palmas" ao quadrado, pois apresenta um texto confuso e usa termos inadequados, como a expressão destacada em negrito!

[Derfel]

Geo, não seja tão rigoroso. É uma figura de linguagem.

[Eremita]

Geo, não seja tão rigoroso. É uma figura de linguagem.

Mas o Geo está certo.
Se é só uma figura de linguagem, que use aspas, pra mostrar que não é no sentido literal da coisa. Ou a tire completamente - nesse caso, a metáfora não tá explicando nada, só complicando.

[Derfel]

Não há a necessidade de aspas em uma figura de linguagem e ela me parece bem clara. O autor apenas compara o feito com o que buscavam os alquimistas: a transmutação dos elementos.

[Geotecton]

Não há a necessidade de aspas em uma figura de linguagem e ela me parece bem clara. O autor apenas compara o feito com o que buscavam os alquimistas: a transmutação dos elementos.

Nós já discutimos sobre isto em um tópico que eu criei em priscas eras.

[Eremita]

Não há a necessidade de aspas em uma figura de linguagem e ela me parece bem clara. O autor apenas compara o feito com o que buscavam os alquimistas: a transmutação dos elementos.

É? Agora considere que gente com má interpretação de texto, cheia de pressa, vai pegar e ler duas ou três linhas, e vai comentar pra lá e pra cá que a alquimia faz o hidrogênio pesar mais. E que vai surgir algum picareta, ouvir isso, ler "viu como alquimia funciona?", pegar esse texto, deturpar de todas as formas tentando embasar qualquer coisa não-científica em nome da Ciência.

Infelizmente esse tipo acontece... vide os cricriacionistas...

Ao menos, com as aspas, a gente pode tacar o dedo no mau leitor e dizer "seu burro!" e chegar no picareta e dizer "seu mentiroso!" muito mais facilmente.

[Derfel]

Isso é um exagero, quase uma teoria da conspiração. Nesse texto em especial fica clara a mensagem.

[Dbohr]

Eu concordo com o Derfel. O problema não é a figura de linguagem com a alquimia (até porque ela está essencialmente correta!!) e sim o fato do resto do texto estar muito confuso e mal-escrito

[Geotecton]

Relaxem senhores.

Não façam da minha singela (e simplória) observação um "cavalo-de-batalha".

[Dbohr]

Tranquilo.

[EuSouOqueSou]

Acho que a falta da ilustração, que tem no artigo original, dificulta o entendimento. (alguem seguiu o link?)

[Eremita]

E ignorem minha rabugice normal com a publicação científica...