Publicado originalmente por Ars Technica
O SX-STM permite a detecção do tipo de átomo, medição simultânea de seu estado químico.
A geração de imagens em escala atômica surgiu em meados da década de 1950 e tem avançado rapidamente desde então – tanto que, em 2008, os físicos usaram com sucesso um microscópio eletrônico para obter imagens de um único átomo de hidrogênio. Cinco anos depois, os cientistas conseguiram observar o interior de um átomo de hidrogênio usando um ” microscópio quântico “, resultando na primeira observação direta de orbitais de elétrons. E agora temos o primeiro raio-X tirado de um único átomo, cortesia de cientistas da Universidade de Ohio, do Argonne National Laboratory e da Universidade de Illinois-Chicago, de acordo com um novo artigo publicado na revista Nature.
“Os átomos podem ser visualizados rotineiramente com microscópios de sonda de varredura, mas sem os raios-X não se pode dizer do que eles são feitos”, disse o co-autor Saw-Wai Hla, físico da Universidade de Ohio e do Argonne National Laboratory. “Agora podemos detectar exatamente o tipo de um átomo em particular, um átomo de cada vez, e pode simultaneamente medir seu estado químico. Assim que formos capazes de fazer isso, podemos rastrear os materiais até [o] limite final de apenas um átomo. Isso terá um grande impacto nas ciências ambientais e médicas”.
Quando o não-cientista médio pensa em um átomo, é provável que ele visualize alguma versão popularizada do clássico e muito difamado modelo de átomo de Bohr. É aquele em que os elétrons se movem em torno do núcleo atômico em órbitas circulares, como planetas orbitando o Sol em nosso Sistema Solar. As órbitas definiram energias discretas e essas energias estão relacionadas ao tamanho de uma órbita: a energia mais baixa, ou “estado fundamental”, está associada à menor órbita. Sempre que um elétron muda de velocidade ou direção (de acordo com o modelo de Bohr), ele emite radiação nas frequências específicas associadas a orbitais particulares.
O modelo foi substituído desde que Niels Bohr o propôs pela primeira vez em 1913, à medida que nossa compreensão do mundo quântico avançava. Erwin Schroedinger propôs um novo modelo atômico que dispensava as órbitas em favor dos níveis de energia. Ele ainda compartilha alguns conceitos semelhantes com o modelo de Bohr. Por exemplo, se um átomo se aquece (ou seja, é energizado), seus elétrons se movem para níveis mais altos. À medida que esfriam e voltam ao seu estado fundamental normal, o excesso de energia tem que ir para algum lugar, então é emitido como fótons. E esses fótons possuem frequências que correspondem à mudança nos níveis de energia.
Tecnicamente, os elétrons realmente não “se movem” ao redor do núcleo em órbitas. Os elétrons são realmente ondas – eles aparecem como partículas quando você realiza um experimento para determinar a posição – e essas ondas são estacionárias. Você pode verificar onde está um elétron, mas cada vez que fizer isso, ele aparecerá em uma posição diferente, não porque esteja se movendo, mas por causa da superposição de estados. O elétron não tem uma posição fixa até que você olhe para ele e a função de onda entra em colapso. Dito isso, se você fizer muitas medições individuais e traçar as posições do elétron para cada uma, eventualmente obterá um padrão de nuvem semelhante a uma órbita fantasmagórica que é muito mais próximo da “aparência” de um átomo individual.
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