Uma equipe da TU Wien agora tem a prova por trás das especulações de que as moléculas de água podem formar estruturas semelhantes a pontes quando se acumulam em superfícies minerais.

A água é um líquido extremamente complexo. A forma como as moléculas de água separadas se acumulam em vários materiais tem um impacto crucial em muitos processos, incluindo corrosão e intempéries, e é fundamental para garantir que os catalisadores funcionem de forma otimizada. Uma equipe baseada na TU Wien agora conseguiu descobrir o mistério por trás da estrutura das moléculas de água em superfícies de óxido de ferro, e seu trabalho revelou que as moléculas de água podem formar estruturas complexas que lembram pontes, que desempenham um papel significativo quando se trata de reações químicas na superfície.

As propriedades especiais da água

"O que torna as moléculas de água únicas é que elas podem formar pontes de hidrogênio, "explica o Prof. Gareth Parkinson do Instituto de Física Aplicada da TU Wien." A distribuição da carga elétrica não é uniforme. O átomo de oxigênio tem carga ligeiramente negativa, enquanto os átomos de hidrogênio são levemente carregados positivamente. "Como resultado, ligações podem se formar entre moléculas de água - as famosas pontes de hidrogênio - ou mesmo entre uma molécula de água e outros tipos de moléculas.

As repercussões disso são amplas. Por exemplo, pontes de hidrogênio são a razão pela qual a água precisa atingir a alta temperatura de 100 ° C antes de ferver. Eles também são um fator chave na estrutura das proteínas.

Esses laços ainda entram em jogo uma e outra vez para afirmações completamente não científicas, já que as pessoas afirmam que eles permitem que 'informações' misteriosas sejam armazenadas na água. Isso é fisicamente impossível porque as pontes de hidrogênio não são muito fortes e são quebradas novamente em uma fração de segundo na água líquida. No entanto, você pode ver resultados muito diferentes quando as moléculas de água se acumulam nas superfícies, onde incrivelmente complexo, estruturas estáveis ​​se formam em baixas temperaturas.

Os reinos da possibilidade

“Já havia indícios indiretos da formação desse tipo de estrutura, "diz Ulrike Diebold (TU Wien)." Mas, para realmente tornar a estrutura da água visível nas superfícies de óxido de ferro, tivemos que otimizar ainda mais as melhores técnicas de medição de última geração e realmente expandir os limites do que é possível. "

Começar com, um jato de moléculas de água é lançado na superfície em um vácuo a baixa temperatura. A superfície é então suavemente aquecida até uma temperatura de cerca de -30 ° C, fazendo com que as estruturas de água sejam gradualmente quebradas. As moléculas de água se destacam da superfície uma a uma e são coletadas por um detector. "Podemos medir exatamente quantas moléculas de água deixam a superfície em uma determinada temperatura. Podemos então usar essa informação para calcular a energia da ligação, que por sua vez nos permite identificar o tipo de estruturas moleculares com as quais estamos lidando, "explicou Gareth Parkinson.

Ao mesmo tempo, um especial à prova de vibração, microscópio de alto desempenho foi usado para produzir imagens de alta resolução da superfície, para que as estruturas de água pudessem realmente ser vistas. Além disso, sofisticadas simulações de computador foram desenvolvidas como uma forma de explicar o posicionamento geométrico das moléculas de água no nível quântico. “Finalmente, temos três ferramentas à nossa disposição que nos permitem estudar as estruturas da água, e isso é o que é necessário se você deseja obter resultados confiáveis, "diz Gareth Parkinson." Todas as três análises combinam perfeitamente, deixando-nos concluir com grande confiança que agora entendemos a formação de estruturas de água em superfícies de óxido de ferro. "

A evidência mostra que várias estruturas são formadas:é raro que uma única molécula de água fique na superfície sozinha, com moléculas de água tendendo a se reunir em pares ou grupos de três. Então você tem estruturas mais complexas que consistem em seis ou oito moléculas, que abrangem a superfície do óxido de ferro como pontes elipticamente curvas.

"Nosso objetivo principal era desenvolver os métodos analíticos a ponto de podermos obter provas irrefutáveis ​​dessas estruturas moleculares. E foi o que fizemos, "diz Ulrike Diebold." O método que usamos aqui para o óxido de ferro também pode ser aplicado a outros materiais. "