Cientistas “dissolvem” água em esmeralda

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Físicos russos conseguiram “dissolver” água em esmeralda de forma inédita, substituindo as ligações de hidrogênio que geralmente mantêm as moléculas juntas.

Sem a influência dessas ligações de hidrogênio, as moléculas de água alinharam-se de acordo com a interação de seus polos positiva e negativamente carregados – ou dipolos -, o que é algo que os pesquisadores têm tentado fazer há anos.

Como um cubo de açúcar se dissolve na água porque suas moléculas tornam-se incorporadas no líquido, neste experimento, a água em si tornou-se incorporada nas “gaiolas” minúsculas da esmeralda.

A razão pela qual isso é tão interessante é porque esta propriedade particular da água, conhecida como ferroeletricidade, havia sido prevista por numerosos modelos de computador, mas nunca tinha sido experimentalmente demonstrada antes.

Aplicações

Pesquisadores do Instituto de Moscou de Física e Tecnologia dizem que este comportamento evasivo das moléculas de água e os minúsculos campos elétricos que gera poderia ser crucial dentro de nossas próprias células.

“A ferroeletricidade de moléculas de água pode desempenhar um papel fundamental no funcionamento dos sistemas biológicos e ter aplicações em células de combustível e de memória, emissores de luz e outros dispositivos eletrônicos em nanoescala”, escreveram no artigo publicado na revista científica Nature Communications.

A molécula de água, H2O, é composta por dois átomos de hidrogênio e um átomo de oxigênio, e se parece, em teoria, com isto:

Os dois átomos de hidrogênio são ligeiramente carregados positivamente, e o átomo de oxigênio negativamente.

Como as moléculas de água têm uma forte atração pelo polo negativo, o que é conhecido como o seu momento de dipolo elétrico, no estado sólido, se espera que exibam algo chamado de ferroeletricidade.

Isso basicamente significa que, quando um material esfria, todos os dipolos se alinham em um padrão ordenado. Mas, em água líquida, o alinhamento ferroelétrico não ocorre, porque as moléculas ficam tão estreitamente juntas que são dominadas por ligações de hidrogênio de curto alcance.

Estas ligações de hidrogênio se formam porque o átomo de oxigênio carregado negativamente de uma molécula pretende ligar-se com o hidrogênio carregado positivamente de outra molécula – e isso mantém as moléculas de água constantemente desorganizadas e fluidas.

O experimento

Para superar isso, a equipe russa decidiu tentar separar as moléculas de água o suficiente para a ligação de hidrogênio não ocorrer. Eles fizeram isso prendendo as moléculas de água dentro de “gaiolas” em nanoescala na estrutura cristalina da esmeralda.

Isso manteve as moléculas longe o suficiente para diminuir as ligações de hidrogênio, mas ainda perto o suficiente para as forças dipolo-dipolo terem efeito.

Quando fizeram isso, os pesquisadores foram capazes de detectar pela primeira vez na história a água líquida exibindo ferroeletricidade.

(dr) Moscow Institute of Physics and Technology

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Você pode ver o experimento representado no diagrama acima, onde as setas vermelhas são os momentos de dipolo, ou o “puxão” de elétrons positivamente carregados para o polo negativamente carregado.

As estruturas verdes são as nanogaiolas dentro da esmeralda.

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