Uma nova visão científica que parece, em sua superfície, extremamente simples - o que acontece quando você adiciona sal à água - pode levar a uma melhor compreensão dos processos bioquímicos nas células e, talvez, a fontes avançadas de energia limpa.

Um artigo publicado no Journal of Physical Chemistry Letters sobre esse tópico no início de 2017 gerou um interesse considerável, de acordo com os editores da revista.

“Uma das questões que intrigam os pesquisadores há décadas é até que ponto os íons afetam a estrutura da água salina, o mesmo tipo de soluções que estão presentes em nossos corpos, "disse Giulia Galli, um professor da Família Liew em engenharia molecular na Universidade de Chicago. Uma visão popular é que os íons têm um efeito local na estrutura da água, fazendo com que ligações de hidrogênio se formem ou se rompam apenas perto do íon. Mas parece que nem sempre é assim.

"A razão pela qual esse problema ainda estava aberto é que os experimentos não fornecem informações detalhadas diretas sobre a estrutura do líquido em nível molecular, "Alex Gaiduk disse." Em vez disso, eles fornecem informações médias provenientes de todo o sistema molecular, o que muitas vezes é difícil de interpretar. "

Enquanto isso, Simulações moleculares fornecem informações de primeira mão sobre a estrutura molecular do líquido e podem esclarecer a influência dos íons na estrutura da água. Determinado a responder a essas perguntas, Gaiduk e Galli recorreram ao Argonne Leadership Computing Facility (ALCF), um DOE Office of Science User Facility capaz de realizar simulações que requerem enormes recursos computacionais - 10 a 100 vezes mais poderosos do que aqueles de sistemas normalmente usados ​​para pesquisa científica.

Gaiduk e Galli usaram o ALCF para simular cloreto de sódio em água, e coletou grandes quantidades de dados. Eles analisaram os resultados e descobriram que o íon sódio, de fato, tem apenas um efeito local na estrutura da água, enquanto o íon cloro tem um efeito de maior alcance, modificar a estrutura da água pelo menos até um nanômetro de distância do íon. (Um nanômetro é um bilionésimo de um metro.)

"Fornecemos informações importantes sobre a estrutura da água na presença de sais dissolvidos - ou seja, que alguns íons, incluindo cloreto, têm um efeito de longo alcance, enquanto outros, como sódio, não, "Gaiduk disse." Usamos métodos de simulação não empíricos e uma escolha bastante sofisticada de assinaturas moleculares da estrutura da água. "

A pesquisa fornece uma nova compreensão fundamental do cloreto de sódio na água. Este é um dos sistemas aquosos usados ​​em células fotoeletroquímicas. Essas células são usadas para dividir a água em hidrogênio e oxigênio, uma tecnologia com potencial de longo prazo como fonte de energia limpa. Pesquisas adicionais serão necessárias para determinar como esse novo entendimento pode ser usado para melhorar a tecnologia, Galli disse.

Sua descoberta também pode ser valiosa para a bioquímica em várias frentes.

"Processos como o dobramento de proteínas, a cristalização e a solubilidade estão no centro de todos os processos biológicos e bioquímicos que essencialmente definem a vida, "disse Gaiduk, acrescentando que esta descoberta pode contribuir para explicar a solubilidade das proteínas. "Os cientistas agora podem desenvolver novos modelos computacionais para descrever processos bioquímicos nas células, e isso pode levar ao desenvolvimento de novos medicamentos. "

Contudo, os autores concluíram que as modificações sutis dos íons na estrutura da água - até mesmo o cloro - são provavelmente insuficientes para explicar as diferentes solubilidades das biomoléculas em água pura e salgada. Claramente, os pesquisadores têm mais trabalho a fazer antes que possam compreender totalmente e modelar as interações dos íons com os grupos funcionais das proteínas. Contudo, esta técnica para analisar a rede de ligações de hidrogênio da água é um primeiro passo para ajudar os cientistas a entender como a estrutura da água muda com a adição de sal.

Usando os resultados obtidos por Gaiduk e Galli, outro grupo de pesquisa desenvolveu um novo modelo que descreve corretamente o efeito dos íons na estrutura da água. Suas descobertas são detalhadas em 31 de agosto, Edição de 2017 da Journal of Physical Chemistry B .