Anel constituído por cinco átomos de bismuto
Mistério químico resolvido após décadas
Os investigadores do Instituto de Tecnologia de Karlsruhe (KIT) conseguiram, pela primeira vez, sintetizar uma molécula constituída por cinco átomos de bismuto, o anel bi₅, e estabilizá-la num complexo metálico. Com esta descoberta, fecharam uma lacuna importante na química e criaram a base para novas aplicações na investigação de materiais, catálise e eletrónica. A equipa apresenta os resultados na revista Nature Chemistry.
"Com a síntese bem-sucedida do anel bi₅, respondemos a uma questão de longa data na pesquisa básica. Essa molécula pode desempenhar um papel importante no desenvolvimento de novos materiais e processos químicos no futuro ", explica a professora Stefanie Dehnen, do Instituto de Química Inorgânica do KIT e chefe do grupo de pesquisa Cluster-based Materials. É particularmente interessante que o anel bi₅ tenha uma estrutura semelhante à molécula ciclopentadienil (C₅H₅)-, que já é amplamente utilizada na indústria. No entanto, o anel Bi₅- difere pela sua maior massa e propriedades electrónicas únicas.
Puzzle químico resolvido após décadas
Durante décadas, os investigadores procuraram análogos pesados do anel ciclopentadienilo - ou seja, variantes de moléculas em que os átomos de carbono e hidrogénio originais são substituídos por elementos mais pesados. Estes oferecem propriedades potencialmente interessantes e atractivas para catalisar reacções químicas ou para materiais para componentes electrónicos. O análogo feito de átomos do elemento bismuto, o metal mais pesado mas também não tóxico, permaneceu até agora por descobrir, embora se previsse que o anel tivesse propriedades aromáticas semelhantes, ou seja, electrões igualmente estáveis e amplamente distribuídos como (C₅H₅)-. O isolamento do anel mostra agora que mesmo as variantes mais pesadas podem de facto ser introduzidas em compostos estáveis e utilizadas em reacções. Métodos analíticos de alta precisão, que foram aplicados em cooperação com os grupos do Professor Florian Weigend do Instituto de Nanotecnologia do KIT e do Professor Wolfgang Wernsdorfer do Instituto de Física do KIT, forneceram informações detalhadas sobre as propriedades electrónicas e magnéticas especiais do produto [{IMesCo}₂Bi₅]. Como esperado, isto mostrou que esta molécula é particularmente promissora para aplicações em catálise e eletrónica.
Stefanie Dehnen e a sua equipa realizaram a síntese através de uma combinação de experiência, intuição e tecnologia de síntese moderna. Um fator decisivo foi a utilização de um solvente especial, explica a professora, que recebeu recentemente o prémio IUPAC Distinguished Women in Chemistry or Chemical Engineering Award. O prémio reconhece os feitos notáveis das mulheres na química e na engenharia química em todo o mundo.
Tecnologias sustentáveis podem beneficiar
O trabalho do grupo de investigação demonstra a importância da investigação fundamental para os avanços científicos. Os resultados não são apenas um marco na química, mas podem também constituir a base para o desenvolvimento de tecnologias mais eficientes e amigas do ambiente. O projeto foi financiado pela Fundação Alemã de Investigação e pelo Conselho Europeu de Investigação. A equipa planeia investigar outros compostos baseados no anel bi₅, a fim de utilizar plenamente o seu potencial para reacções químicas e aplicações na ciência dos materiais. No futuro, serão também utilizados métodos de aprendizagem automática para otimizar ainda mais as rotas de síntese e acelerar a investigação. "Esperamos que o nosso trabalho motive outros investigadores a seguir esta direção e a desenvolver novas aplicações", afirma Dehnen. Para tal, ela e a sua equipa pretendem também trabalhar em conjunto com empresas e instituições de investigação interessadas.
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