Pesquisadores da Universidade de Indiana criaram uma nova molécula poderosa para a extração de sal do líquido. O trabalho tem potencial para ajudar a aumentar a quantidade de água potável na Terra.

Construído usando ligações químicas anteriormente consideradas muito fracas, a nova molécula é cerca de dez bilhões de vezes melhorada em comparação com uma estrutura semelhante criada há mais de 10 anos em IU. O desenho das moléculas foi relatado em 23 de maio na revista Ciência .

"Se você colocasse um milionésimo de grama desta molécula em uma tonelada métrica de água, 100 por cento deles ainda serão capazes de capturar um sal, "disse Yun Liu, que liderou o estudo como um Ph.D. estudante no laboratório de Amar Flood, o Professor James F. Jackson de Química e o Professor Luther Dana Waterman no Departamento de Química do IU Bloomington College of Arts and Sciences.

A molécula é projetada para capturar cloreto, que é formado quando o elemento cloro se emparelha com outro elemento para ganhar um elétron. O sal de cloreto mais conhecido é o cloreto de sódio, ou sal de mesa comum. Outros sais de cloreto são cloreto de potássio, cloreto de cálcio e cloreto de amônio.

Ao mesmo tempo que a população humana continua a crescer, a infiltração de sal nos sistemas de água doce está reduzindo o acesso à água potável em todo o mundo. Só nos EUA, o U.S. Geological Survey estima 271 toneladas métricas de sólidos dissolvidos, incluindo sais, entrar em córregos de água doce por ano. Os fatores contribuintes incluem os processos químicos envolvidos na extração de petróleo, o uso de sais rodoviários e amaciantes de água, e o desgaste natural da rocha. Leva apenas uma colher de chá de sal para poluir permanentemente cinco galões de água.

A nova molécula de extração de sal criada em IU é composta por seis "motivos" triazólicos - anéis de cinco membros compostos de nitrogênio, carbono e hidrogênio - que juntos formam uma "gaiola" tridimensional com um formato perfeito para prender o cloreto. Em 2008, O laboratório de Flood criou uma molécula bidimensional, em forma de donut achatado, que usou quatro triazóis. Os dois triazóis extras dão à nova molécula sua forma tridimensional, e aumento de dez bilhões de vezes na eficácia.

A molécula também é única porque se liga ao cloreto usando ligações de carbono-hidrogênio, anteriormente considerado muito fraco para criar interações estáveis ​​com cloreto em comparação com o uso tradicional de ligações de nitrogênio-hidrogênio. Apesar das expectativas, os pesquisadores descobriram que o uso de triazóis criou uma gaiola tão rígida que formava um vácuo no centro, que atrai íons de cloreto.

Por contraste, gaiolas com ligações de nitrogênio-hidrogênio são frequentemente mais flexíveis - e o centro semelhante a vácuo necessário para a captura de cloreto requer entrada de energia, diminuindo sua eficiência em comparação com uma gaiola à base de triazol.

"Se você pegasse nossa molécula e empilhá-la contra outras gaiolas que usam ligações [mais fortes], estamos falando de muitas ordens de magnitude de aumento de desempenho, "disse Flood." Este estudo realmente mostra que a rigidez é subestimada no projeto de gaiolas moleculares. "

A rigidez também permite que a molécula mantenha sua forma após a perda do cloreto central, em comparação com outros designs que entram em colapso nas mesmas circunstâncias devido à sua flexibilidade. Isso proporciona à molécula maior eficácia e versatilidade.

O trabalho também é reproduzível. A primeira molécula levou quase um ano para sintetizar, disse Liu, que ficou chocado ao descobrir os cristais necessários para confirmar a estrutura única da molécula formada depois que o experimento foi deixado sozinho no laboratório por vários meses - uma ocorrência surpreendente, pois esse processo normalmente requer monitoramento cuidadoso.

A formação do cristal representou um momento "eureka", provar que o design único da molécula era realmente viável. Mais tarde, Wei Zhao, um pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Flood, foi capaz de recriar a molécula em vários meses.