Na natureza, não existe superfície verdadeiramente limpa. O contato com o ar normal é suficiente para revestir qualquer material com uma fina camada de moléculas. Essa "sujeira molecular" pode alterar as propriedades do material consideravelmente, no entanto, as próprias moléculas são difíceis de estudar. Alguns especularam que essa "sujeira" é simplesmente uma única camada de moléculas de água. Para testar essa ideia, um novo método de investigação foi desenvolvido na TU Wien:Ao criar gelo ultra-puro em uma câmara de vácuo e, em seguida, derretê-lo, pesquisadores poderiam criar as gotas de água mais limpas do mundo, que foram então aplicados a superfícies de dióxido de titânio.

Com este método, os pesquisadores mostraram que a "sujeira" que altera as propriedades das superfícies de dióxido de titânio é uma camada de uma única molécula de dois ácidos orgânicos:o ácido acético (que faz o vinagre azedar) e seu parente próximo, ácido fórmico. Isso é surpreendente, porque apenas pequenos traços desses ácidos são encontrados no ar. Esses resultados e os detalhes do novo método foram publicados recentemente na revista. Ciência .

Estruturas inexplicáveis

Dióxido de titânio (TiO ₂ ) é um mineral abundante que desempenha um papel importante em uma ampla gama de aplicações técnicas, incluindo superfícies autolimpantes. Por exemplo, uma fina camada de dióxido de titânio evita que os espelhos embaçam com o ar úmido. Usando microscópios muito poderosos, pesquisadores de todo o mundo observaram uma molécula desconhecida se ligando a superfícies de dióxido de titânio quando entraram em contato com a água.

Propôs-se a ideia de que essas moléculas eram um novo tipo de gelo de água ou talvez água com gás formado de dióxido de carbono no ar. A resposta correta é muito mais interessante:como a equipe de pesquisa descobriu, essas estruturas são na verdade dois ácidos orgânicos, ácido acético e ácido fórmico. Esses ácidos são subprodutos do crescimento das plantas. Notavelmente, apenas pequenos traços desses ácidos ocorrem no ar - algumas moléculas de ácido por bilhão de moléculas de ar. Embora muitas outras moléculas sejam mais comuns no ar, são esses dois ácidos que aderem à superfície do óxido de metal e mudam seu comportamento.

Água ultra pura no vácuo

"Para evitar impurezas, experimentos como esses devem ser realizados no vácuo, "diz Ulrike Diebold." Portanto, tivemos que criar uma gota d'água que nunca entrou em contato com o ar, em seguida, coloque a gota em uma superfície de dióxido de titânio que foi escrupulosamente limpa até a escala atômica. "Essa tarefa se tornou ainda mais difícil pelo fato de que as gotas de água evaporam extremamente rapidamente no vácuo, independentemente da temperatura.

Os pesquisadores conceberam um novo método de investigação engenhoso. A solução deles foi fazer um 'dedo frio' no vácuo. A ponta deste dedo de metal é resfriada a cerca de -140 ° C e o vapor de água ultra-puro pode então fluir para a câmara. A água congela na ponta do dedo frio, produzindo um pequeno, gelo ultra-limpo. A amostra de dióxido de titânio é então colocada sob o dedo. Quando o gelo derrete, Água ultrapura cai sobre a amostra.

Os ácidos orgânicos são os culpados

A superfície foi então investigada usando microscópios de alta potência, mas os cientistas não viram vestígios das moléculas desconhecidas usando água ultrapura. Mesmo quando eles fizeram refrigerante com dióxido de carbono, a estranha "camada de sujeira" não foi encontrada. Isso significa que as moléculas devem vir de algo diferente de água ou dióxido de carbono.

Somente quando a amostra é posta em contato com o ar é que as moléculas estranhas aparecem. Interessantemente, as mesmas moléculas foram observadas em diferentes partes do mundo - na Viena urbana e em uma parte rural dos Estados Unidos. A análise química mostrou que eram ácidos orgânicos simples, normalmente produzidos por plantas.

"Este resultado nos mostra o quão cuidadosos devemos ser ao conduzir experimentos desse tipo, "diz Ulrike Diebold." Mesmo pequenos traços no ar, que pode ser considerado insignificante, às vezes são decisivos. "

Os resultados do trabalho de pesquisa foram publicados na revista. Ciência .