As luzes dançantes dos vaga-lumes e o brilho azul misterioso das ondas quebrando obtêm sua luminosidade quando um quadrado molecular de átomos de carbono e oxigênio se rompe. Novas pesquisas mostraram que a força mecânica pode causar essa ruptura de uma maneira diferente da que se conhecia anteriormente.

O estudo, publicado no  Journal of the American Chemical Society , tem implicações para o desenvolvimento de sensores de luz, bem como para a compreensão da luminescência na natureza.

Os químicos utilizam há muito tempo moléculas chamadas dioxetanos para produzir luz. Essas moléculas possuem a mesma estrutura central que possibilita a luminescência biológica: dois átomos de oxigênio e dois átomos de carbono ligados entre si em uma configuração quadrada. O calor ou a força mecânica podem romper essas ligações, causando a emissão de luz.

Sabe-se que o calor quebra primeiro as duas ligações de oxigênio. Os cientistas esperavam que o mesmo acontecesse sob força mecânica, já que a ligação entre os dois carbonos é mais forte. Mas quando pesquisadores de Stanford modelaram a força aplicada aos dioxetanos, descobriram que a ligação entre os átomos de carbono se rompe primeiro, e só depois a ligação entre os oxigênios.

“É uma química muito diferente quando se usa força mecânica”, disse  Todd Martínez , autor sênior do estudo e professor de química na  Escola de Humanidades e Ciências (H&S) de Stanford. “Ainda emite luz. A ordem dos eventos é apenas diferente, e isso aponta para a possibilidade de podermos produzir produtos diferentes.”

Em pesquisas anteriores, experimentos com uma molécula chamada bis(adamantil)-1,2-dioxetano demonstraram que a força mecânica podia quebrar o quadrado de oxigênio-carbono e emitir luz, mas supunha-se que os oxigênios se rompiam primeiro.

O presente estudo teve início quando um professor visitante de Stanford, Charles Diesendruck, do Instituto de Tecnologia de Israel, sugeriu a Garrett Kukier, um doutorando no laboratório de Martínez, que eles analisassem mais detalhadamente onde a força era aplicada nesses experimentos.

Kukier então desenvolveu modelos de mecânica quântica que utilizavam os mesmos pontos de tração onde a força era aplicada à molécula de dioxetano nos experimentos. Ele também criou modelos adicionais para obter informações sobre outros tipos de moléculas de dioxetano e aplicou a força de tração em diferentes direções para observar seus efeitos.

Os pesquisadores complementaram seu trabalho com um software de engenharia civil que tratava a estrutura molecular como as vigas de metal de uma ponte sob tensão, fornecendo evidências intuitivas que corroboravam as descobertas dos modelos de mecânica quântica.

Saber onde a ruptura começa nesse método de indução de força abre novas oportunidades de pesquisa. Por exemplo, moléculas de dioxetano poderiam ser projetadas para emitir luz somente acima de um determinado limiar de força. Isso poderia levar ao desenvolvimento de sensores que se iluminam para alertar quando um material ou estrutura está atingindo um ponto de tensão e corre o risco de falhar. Os pesquisadores também poderiam explorar a aplicação de força em diferentes locais ou "alças" da molécula para obter uma propriedade desejada, como a emissão de luz em diferentes cores.

Os resultados do estudo também podem ajudar a esclarecer alguns mistérios do mundo natural. Embora já se saiba que os vaga-lumes usam um processo químico para produzir sua luz, a força pode estar envolvida no brilho azul encontrado em algumas ondas, criado por um plâncton chamado dinoflagelado.

“Algumas situações induzidas mecanicamente, como o quebrar das ondas e a emissão de luz pelo plâncton, possivelmente utilizam uma via completamente diferente que acabamos de descobrir”, disse Kukier.