É uma tradição popular jogar moedas em fontes na esperança de ter seus desejos atendidos. Mas o que aconteceria se você pudesse "jogar" elétrons na água? Isso é, o que acontece logo depois que um elétron é injetado na água?

Esta questão de décadas agora tem uma resposta, graças a um artigo publicado em Nature Communications em 16 de janeiro. O estudo é resultado da colaboração entre pesquisadores da Universidade de Chicago, o Departamento de Energia dos EUA (DOE) Argonne and Lawrence Livermore National Laboratories, e a Universidade da Califórnia - San Diego.

Até agora, os cientistas enfrentaram desafios técnicos quando queriam medir experimentalmente a afinidade eletrônica da água, disse a professora Giulia Galli, Liew Family Professor no Instituto de Engenharia Molecular da Universidade de Chicago e cientista sênior em Argonne.

"A maioria dos resultados citados na literatura como números experimentais são, na verdade, valores obtidos pela combinação de algumas grandezas medidas com estimativas teóricas brutas, " ela disse.

Medições teóricas precisas, por outro lado, estão fora do alcance há algum tempo devido à dificuldade e ao alto custo computacional de simular as interações diretamente, disse o professor Francesco Paesani da University of California-San Diego, um coautor do estudo que passou anos desenvolvendo um potencial preciso para a modelagem de água líquida.

O potencial de interação entre as moléculas de água desenvolvido por Paesani foi usado para modelar a estrutura da água líquida e da superfície da água. Uma vez que a estrutura foi obtida, métodos teóricos altamente precisos e software para estudar estados excitados da matéria, desenvolvido pela equipe de Galli, foram usados ​​para entender o que acontece quando um elétron é injetado na água.

Fundamentalmente, os pesquisadores buscaram entender se o elétron reside no líquido e eventualmente participa de reações químicas. A questão central era, "O líquido se liga ao elétron imediatamente?"

Os pesquisadores descobriram que o elétron se liga à água; Contudo, sua energia de ligação é muito menor do que se pensava anteriormente. Isso levou os pesquisadores a revisitar uma série de dados e modelos bem aceitos para a afinidade eletrônica da água.

Galli e seus colegas desenvolveram os métodos para estados excitados usados ​​neste estudo ao longo dos anos, em colaborações com T. A. Pham, de Lawrence Livermore, e Marco Govoni, de Argonne, ambos são co-autores deste estudo.

"Usando o software desenvolvido para estudar fenômenos de estado excitado em sistemas realistas (chamados de Without Empty STates, ou WEST) e o Argonne Leadership Computing Facility (ALCF), finalmente fomos capazes de gerar dados para amostras grandes o suficiente e em escalas de tempo suficientemente longas para estudar a afinidade eletrônica da água líquida, "Disse Govoni.

“Encontramos grandes diferenças entre a afinidade na superfície e no líquido a granel. Também encontramos valores diferentes dos aceitos na literatura, o que nos levou a revisitar o diagrama de energia completo de um elétron na água, "Pham acrescentou.

Essa descoberta tem consequências importantes, tanto para cientistas que buscam compreender fundamentalmente as propriedades da água e para aqueles que desejam descrever as reações de redução / oxidação em soluções aquosas, que são amplamente difundidos na química e na biologia.

Em particular, os cientistas costumam usar informações sobre os níveis de energia da água quando examinam os materiais em busca de células fotoeletroquímicas. Uma estimativa confiável da afinidade eletrônica da água (que os pesquisadores do estudo forneceram para a água a granel e sua superfície) ajudará os cientistas a estabelecer protocolos computacionais que são mais robustos e confiáveis, e melhorar a triagem computacional de materiais.