O amplo alcance da corrosão, um problema global de vários trilhões de dólares, pode algum dia ser reduzido consideravelmente graças a um novo, melhor abordagem para prever como os metais reagem com a água.

Pesquisadores da Oregon State University e da University of California, Berkeley, desenvolveram um novo método computacional que combina duas técnicas para fazer previsões mais rápidas, menos caro e mais eficaz.

As evidências, publicado em Nature Communications , pode ter uma ampla gama de aplicações, incluindo no projeto de pontes e motores de aeronaves, ambos são suscetíveis à corrosão.

Todos os metais, exceto metais preciosos como ouro e prata reagem com a água, disse Doug Keszler, distinto professor de química na Faculdade de Ciências do Estado de Oregon.

"Gostaríamos de prever as reações específicas de metais e combinações de metais com água e quais são os produtos dessas reações, por métodos computacionais primeiro, em oposição a determiná-los experimentalmente, "disse Keszler, que também atua como diretor do Centro de Química de Materiais Sustentáveis ​​da OSU.

Tradicionalmente, Keszler observou, ao olhar para metais dissolvidos em água, a suposição química é que um metal se dissolve para formar um sal simples. Nem sempre é o que acontece, Contudo.

"Em muitos casos, inicialmente se dissolve para formar um aglomerado complexo que contém muitos átomos de metal, "disse ele." Agora podemos prever os tipos de clusters que existem na solução, portanto, promovendo a compreensão da dissolução do metal do ponto de vista computacional. "

Estudar óxido de metal aquoso e aglomerados de hidróxido de elementos do Grupo 13 - alumínio, gálio, índio e tálio - os cientistas uniram cálculos de mecânica quântica a uma abordagem de "aditividade de grupo" para criar diagramas de Pourbaix, o padrão ouro para descrever espécies de metais dissolvidos na água.

"Aplicando esta nova abordagem, chegamos a uma avaliação quantitativa da estabilidade do cluster em função do pH e da concentração, "disse o co-autor do estudo Paul Ha-Yeon Cheong, professor associado de química da OSU.

A compreensão dos clusters é crítica devido ao papel que desempenham em processos químicos que vão desde a biomineralização até a deposição em solução de filmes finos para aplicações eletrônicas. E a caracterização da corrosão decorre da capacidade de representar as fases estáveis ​​dos metais na água.

"Se você está projetando um novo aço para uma ponte, por exemplo, você gostaria de incluir o potencial de corrosão em um processo de design computacional, "Keszler disse." Ou se você tem um novo metal para um motor de aeronave, você gostaria de ser capaz de determinar se ele vai corroer. "

Esses exemplos não são meramente hipotéticos. No verão passado, uma companhia aérea japonesa teve que reformar todos os 100 motores Rolls-Royce de sua frota de Boeing 787 Dreamliners após uma série de falhas de motor causadas pela corrosão e rachaduras nas pás da turbina. Os motores são vendidos por US $ 20 milhões cada.

"A maioria dos diagramas de Pourbaix não inclui esses aglomerados de metal e, portanto, nosso conhecimento sobre a dissolução do metal e a reação com a água tem sido insuficiente, "disse a coautora do estudo Kristin A. Persson, professor de ciência dos materiais na UC Berkeley. "Agora descobrimos um formalismo rápido e preciso para simular esses clusters no computador, que vai transformar nossas habilidades de prever como os metais reagem na água. "