A fim de compreender vários processos ambientais e aprender a lidar melhor com os efeitos da poluição, cientistas têm se interessado em rastrear o movimento dos elementos através do ambiente, particularmente nas interfaces entre a água e os minerais.

Em um novo estudo do Laboratório Nacional de Argonne do Departamento de Energia dos EUA (DOE), em colaboração com a Universidade de Illinois e Chicago e a Universidade de Delaware, os químicos foram capazes de observar a interface entre a água e a mica muscovita, um mineral plano comumente encontrado em granito, solos e muitos sedimentos. Em particular, os pesquisadores analisaram a captura e liberação de rubídio - um metal intimamente relacionado, mas mais facilmente identificado do que elementos comuns como potássio e sódio.

No experimento, os pesquisadores espalharam uma solução contendo rubídio sobre a mica, que fez com que os átomos de rubídio substituíssem o potássio que ocorre naturalmente perto da superfície da mica. Em seguida, a solução de rubídio foi substituída por uma contendo sódio, que por sua vez substituiu os átomos de rubídio.

De acordo com o químico de Argonne Sang Soo Lee, quem liderou o estudo, a dinâmica do transporte de íons foi amplamente controlada por propriedades eletrostáticas na interface entre a mica e a água. Essencialmente, os átomos de rubídio "agarram-se" à superfície da mica da mesma forma que os fiapos se agarram às roupas. A força do comportamento de aderência foi determinada principalmente por quantas moléculas de água estavam entre a superfície da mica e o rubídio - quanto menos moléculas de água, mais forte será o apego.

Lee e seu colega Argonne, químico Paul Fenter, usou a fonte avançada de fótons de Argonne, um DOE Office of Science User Facility, observar a atividade do rubídio usando uma técnica chamada refletividade anômala de raios-X ressonante. Essa técnica permite que os cientistas investiguem a posição de um único elemento em uma interface.

"Essencialmente, é como procurar um pintassilgo em uma árvore, e usando uma técnica que só mostra onde estão as coisas amarelas, "Fenter disse.

Usando a técnica, os pesquisadores conseguiram condensar o tempo necessário para medir o sinal dos dados. "Normalmente, esses dados levam horas para medir, mas agora podemos ter uma resolução de tempo de um ou dois segundos, "Fenter disse.

Ter uma imagem da dinâmica em tempo real desses tipos de interface dá aos cientistas uma nova visão de como os íons percebem a superfície energeticamente. "Se você pensar em nossos experimentos como observar aviões em um aeroporto, antes, podíamos saber apenas quantos Boeings ou Cessnas havia, "Disse Lee." Agora, temos uma maneira de ver os aviões realmente decolarem e pousarem. "

Um artigo baseado na pesquisa, "Observações em tempo real da cinética e dinâmica de troca catiônica na interface muscovita-água, "foi publicado em Nature Communications em 9 de junho.