Químicos da Ruhr-Universität Bochum rastrearam com resolução espacial sem precedentes como moléculas individuais de água se ligam a uma molécula orgânica. Eles usaram microscopia de tunelamento de varredura de baixa temperatura para visualizar os processos em uma escala menor que um nanômetro. Isso permitiu que eles investigassem os fenômenos de hidrofilicidade e hidrofobicidade em nível molecular, ou seja, por que certas partes de moléculas orgânicas atraem ou repelem água.

“Os resultados são um passo importante no caminho para a compreensão dos processos de resolução, isso é, como as substâncias se dissolvem na água, "explica Karsten Lucht da cadeira Bochum de Química Física I. Ele relata os resultados com a equipe liderada pela Prof Dra. Karina Morgenstern e colegas da cadeira de Química Orgânica II na revista Angewandte Chemie . Os cientistas cooperam no cluster de excelência Ruhr Explores Solvation, ou Resolv para breve.

O objetivo do cluster é entender como os solventes afetam as reações em solução e o uso de solventes para controlar as reações.

Rastreando o acúmulo de água passo a passo

Como uma molécula orgânica, os pesquisadores usaram um corante azo que consiste em dois anéis de carbono com grupos funcionais unidos que são polares, ou seja, com carga ligeiramente positiva ou negativa. Eles depositaram as moléculas em um único cristal de ouro e resfriaram o sistema a seis Kelvin. Em seguida, eles adicionaram moléculas de água individuais passo a passo e observaram onde elas se ligavam ao corante.

As primeiras moléculas de água preferiram ligar-se aos grupos funcionais polares. Quando os pesquisadores aumentaram a quantidade de água, as moléculas recém-adicionadas se ligaram às moléculas de água que já estavam ligadas. "Nossos experimentos mostram que a hidrofilia e a hidrofobicidade podem ser rastreadas até o nível molecular, "diz Karina Morgenstern. As moléculas de água evitaram áreas não polares da molécula, as áreas polares foram preferidas.

Três procedimentos complementares

Os processos que foram observados aqui com a microscopia de tunelamento de varredura são geralmente investigados espectroscopicamente ou com simulações de dinâmica molecular. Contudo, o primeiro método não fornece informações espaciais, e o último é baseado em suposições devido ao tamanho do sistema. "Cada método tem seu valor, "explica Karsten Lucht." As três abordagens se complementam. "