Você já ouviu a expressão 'a forma segue a função'? Na ciência dos materiais, a função segue a forma.

Uma nova pesquisa de Olivier Gagné da Carnegie e do colaborador Frank Hawthorne da Universidade de Manitoba categoriza as causas da assimetria estrutural, alguns surpreendentes, que sustentam as propriedades úteis dos cristais, incluindo ferroeletricidade, fotoluminescência, e capacidade fotovoltaica. Suas descobertas foram publicadas esta semana como um artigo principal no Jornal da União Internacional de Cristalografia .

"Compreender como diferentes arranjos de ligações transmitem vários atributos úteis é fundamental para as ciências dos materiais", explicou Gagné. "Para este projeto, estávamos particularmente interessados ​​em saber o que as variações nos comprimentos de ligação significam para as características mais interessantes de um material, e em como criar uma estrutura para sua otimização. "

Este foi o quinto e último capítulo de uma série de artigos de Gagné e Hawthorne examinando a variabilidade nos comprimentos das ligações de estruturas cristalinas. Desta vez, eles se concentraram em compostos feitos de oxigênio e elementos da categoria chamada metais de transição.

Imagine a tabela periódica. Os metais de transição constituem seu bloco central - formando uma ponte que liga as torres mais altas de elementos nos lados esquerdo e direito.

Como todos os metais, eles podem conduzir uma corrente elétrica. Eles também têm uma gama enorme de propriedades químicas e físicas, incluindo a emissão de luz visível, maleabilidade, e magnetismo. Muitos, como ouro, platina, e a prata são apreciadas por seu valor. Outros, incluindo ferro, níquel, cobre, e titânio são cruciais para ferramentas e tecnologias.

A capacidade dos metais de transição de formar uma variedade de compostos úteis deve-se em grande parte à configuração tridimensional particular de seus elétrons. Como tal, as ligações que eles formam nos compostos podem ser amplamente assimétricas. Mas Gagné e Hawthorne queriam entender se outras causas para a variação do comprimento do vínculo estavam em jogo.

"É um problema centenário", explicou Gagné. "Pessoas como Linus Pauling e Victor Goldschmidt fizeram deste tópico um de seus principais interesses de pesquisa; no entanto, os dados simplesmente não estavam lá no momento. "

Gagné e Hawthorne analisaram dados sobre os comprimentos de ligação de 63 íons de metais de transição diferentes ligados ao oxigênio em 147 configurações de 3, 814 estruturas cristalinas e desenvolveu dois novos índices para contextualizar ligações assimétricas.

"Esses índices nos permitem apontar as diferentes razões subjacentes aos arranjos de ligação assimétrica, que nos permitirá aproveitar as propriedades que eles transmitem ao prever e sintetizar novos materiais, "Hawthorne explicou.

Para sua surpresa, eles descobriram que a estrutura interna dos cristais muitas vezes se distorce espontaneamente como uma única função da conectividade de sua rede de ligações, um efeito que eles mostram ocorre com mais freqüência do que a distorção causada por efeitos eletrônicos ou quaisquer outros fatores.

"Suspeitamos que alguma variação no comprimento da ligação se originou dos controles da estrutura do cristal, mas não esperávamos que fosse o principal fator subjacente à variação do comprimento da ligação em sólidos inorgânicos, "Gagné explicou." É um mecanismo totalmente separado e não explicado pelas noções atuais da química do estado sólido; isso tem sido esquecido desde os primeiros dias da cristalografia. "