Uma descoberta de pesquisadores da Universidade de Indiana pode promover o armazenamento de longo prazo de resíduos nucleares, uma tarefa cada vez mais onerosa e onerosa para as agências públicas e privadas que protegem as pessoas desses produtos químicos prejudiciais.

Em um estudo publicado em 14 de setembro, os cientistas relatam que desenvolveram um novo princípio químico com o potencial de revolucionar a criação de moléculas especialmente projetadas que extraem elementos radioativos de resíduos nucleares, reduzindo significativamente o volume desses materiais perigosos. O método também é aplicável a moléculas criadas para extrair poluentes químicos da água e do solo.

"Este trabalho representa um grande passo à frente no esforço de projetar nanoestruturas especialmente projetadas, fornecendo um novo, método altamente preciso para prever como essas moléculas se comportarão em solução, "disse o autor principal Amar Flood, professor do Departamento de Química do IU Bloomington College of Arts and Sciences.

A pesquisa é relatada em artigo de capa da revista. Chem .

Flood disse que o estudo aborda o fato de que é quase impossível prever a eficiência de desempenho de uma molécula projetada no mundo real. Isso ocorre porque os químicos atualmente só podem projetar moléculas para funcionar isoladamente, apesar do fato de que as moléculas existem em combinação - ou "em solução" - com outras moléculas. Água salgada, por exemplo, é uma solução de sal em água.

Ele comparou a situação a projetar uma máquina no espaço sideral e, em seguida, colocá-la no fundo do oceano. O dispositivo alagado não funcionará da mesma forma que o projeto original.

Isso é especialmente sério porque a criação de moléculas artificiais para servir a uma função específica requer um design extremamente preciso - como construir uma fechadura para encaixar uma chave. Por exemplo, uma molécula especial desenvolvida pelo laboratório de Flood, chamado de cianostar, consiste em uma estrutura de cinco lados em forma de estrela de átomos de carbono e nitrogênio com um centro vazio - a "fechadura" - cuja forma específica faz com que moléculas carregadas negativamente, como fosfatos e nitratos - a "chave" - ​​capturem no centro e quebrem fora de seu hospedeiro anterior. Se a solução encher ou deformar a fechadura, a chave pode não funcionar mais.

Estruturas como a cianostar também são conhecidas como "moléculas receptoras" porque são especialmente projetadas para receber moléculas específicas. Além de realizar a redução do lixo nuclear, esta tecnologia pode ser usada para remover cloreto da água - uma parte do processo usado para converter água do mar em água doce - para eliminar o excesso de fertilizantes químicos do solo, ou para coletar íons de lítio usados ​​em energia renovável.

Com os métodos relatados no jornal, Flood disse, os químicos podem começar a projetar novas reações moleculares com o objetivo final em mente. Especificamente, o novo princípio descobre que a atração entre as moléculas receptoras e as moléculas de íons carregados negativamente é baseada na constante dielétrica do solvente no qual estão combinadas. Uma constante dielétrica é uma medida da capacidade de uma substância de estabilizar a carga elétrica.

Para testar seu método, a equipe da IU aplicou seu princípio químico recém-desenvolvido ao triazolofano - uma molécula projetada para extrair cloreto das moléculas vizinhas - em combinação com solventes químicos comumente usados ​​em reações para remover íons indesejados de outros líquidos. Em cada caso, os princípios descobertos pelo grupo de Flood previram com precisão a eficácia das moléculas.

O principal pesquisador responsável pelo método é Yun Liu, um Ph.D. estudante no laboratório de Flood.

"O paradigma atual só funciona para projetos moleculares na prancheta, em teoria, "disse Liu." Mas queremos fazer moléculas que funcionem na prática para ajudar a resolver problemas no mundo real. "

A equipe também observou que a capacidade de prever com precisão como uma molécula funcionará em solução ajudará no desenvolvimento de simulações de computador altamente precisas para testar rapidamente moléculas de engenharia química projetadas para atingir efeitos específicos.