Albert Einstein disse uma vez, "Eu vejo minha vida em termos de música." Talvez inspirado por suas palavras, cientistas do Centro de Auto-montagem e Complexidade (CSC), dentro do Institute for Basic Science (IBS, Coreia do Sul) agora veem reações químicas na presença de música. A equipe de pesquisa IBS relatou que o som audível pode controlar as reações químicas em solução, fornecendo continuamente fontes de energia na interface entre o ar e a solução. As interações químicas ar-líquido controladas por som 'pintaram' padrões estéticos e intrigantes na superfície e no volume da solução.

"O flautista de Hamelin conta a história mitológica de um flautista que atraiu ratos para longe da cidade de Hamelin, encantando-os com a música de sua flauta mágica. Com a música funcionando como um combustível para tal controle artístico na química, nosso estudo mostrou que mesmo as moléculas sintéticas podem exibir um comportamento semelhante à vida - ouvir e seguir uma trilha musical, "diz o Dr. Rahul Dev Mukhopadhyay, o co-primeiro e co-autor correspondente do estudo.

Música (ou som audível com uma faixa de frequência de 20 a 20, 000 Hz) de fato encontra aplicações úteis em vários campos, como estimular o cultivo de plantas ou criação de gado e até mesmo para fins terapêuticos. Ultrassom (maior que 20, 000 Hz) tem sido usada há muito tempo como uma ferramenta essencial no diagnóstico médico. Contudo, o som audível raramente foi associado a reações químicas devido à sua baixa energia. Os estudos anteriores geralmente se concentraram apenas em seu efeito no movimento da superfície da água.

Neste estudo, a equipe de pesquisa do IBS foi além disso. Eles levantaram a hipótese de que as ondas de água geradas pelo som podem alimentar reações químicas entre o ar e o líquido. "Na verdade, um aspecto de um estudo de mudança climática é sobre como o CO ₂ a concentração no oceano muda dependendo do movimento das ondas do oceano. Em retrospecto, faz sentido que um oceano ondulado seja uma condição mais adequada para CO ₂ para ser absorvido no oceano do que um oceano parado. Nosso estudo revelou a função do som audível como fonte de controle de reações químicas, que ocorre ao nosso redor, mas não foi notado até agora, "explica o Dr. Hwang Ilha, o co-primeiro e co-autor correspondente do estudo.

Em sua configuração experimental, a água foi colocada em uma placa de Petri e posicionada em cima de um alto-falante. Quando o som era reproduzido pelo alto-falante, diferentes padrões de ondas de superfície foram gerados - dependendo da frequência e da amplitude da fonte de som audível e da geometria do vaso. Para ver como essa interface vibrante ar-água controla a dissolução de gases atmosféricos como oxigênio ou dióxido de carbono na água, os pesquisadores usaram O ₂ - metil viologen sensível (MV ₂ ⁺ / MV ⁺ ) casal redox e CO ₂ - azul de bromotimol indicador de pH sensível (BTB).

A molécula orgânica de metil viologen é normalmente incolor ou branca, mas torna-se azul profundo com a redução química. Quando uma solução de cor azul de viologen metil reduzido em uma placa de Petri foi exposta ao ar com reprodução de som, algumas regiões da solução lentamente tornaram-se incolores. As ondas sonoras geram oscilação do fluido, solicitando um efeito de streaming, e a solução sofreu uma mudança de cor observável distinta devido à dissolução gradual do oxigênio atmosférico. Aqueles não afetados pela transmissão mantiveram sua cor azul. Na ausência de som, a dissolução descontrolada de oxigênio e correntes de convecção natural de produtos químicos em solução resultou em um padrão aleatório, que era diferente a cada vez ao longo da repetição do mesmo experimento. Contudo, quando a mesma solução foi exposta a sons de baixa frequência abaixo de 90 Hz, padrões muito interessantes e estéticos foram gerados. Mais especificamente, dois vórtices contra-rotativos emergiram em contraste azul e branco na presença de som de 40 Hz. O mesmo padrão repetido na mesma condição durante os ciclos subsequentes.

O experimento indica a reação com o oxigênio, que é determinado se a solução é incolor ou azul. Em outras palavras, aplicando som a uma solução, os pesquisadores conseguiram controlar as concentrações moleculares locais de oxigênio em diferentes regiões que compõem a mesma solução. Assim como as ondas de superfície, os padrões variam de acordo com a frequência do som aplicado e também com o formato do prato. Os padrões também exibiram comportamento de autocura, ou seja, eles recuperam sua estrutura de padrão original após serem perturbados manualmente.

Este conceito foi estendido para a dissolução de gás de dióxido de carbono usando um indicador de pH (azul de bromotimol, BTB). BTB tem uma cor azul em condições básicas (pH acima de 7,6), cor verde em condições neutras (pH 6,0 a 7,6), e uma cor amarela em condições ácidas (pH abaixo de 6,0). A dissolução assistida por som do dióxido de carbono na água torna-o ácido devido à formação de ácido carbônico. Portanto, quando uma solução básica de cor azul de BTB é exposta ao dióxido de carbono, a solução gradualmente se torna verde e eventualmente muda para amarelo. Durante este processo, se a solução for exposta a som audível, um padrão de três cores com dois vórtices foi gerado. Interessantemente, o padrão representa a coexistência de ácidos, neutro, e domínios básicos em uma solução. "Nosso estudo visualizou um ambiente químico que é particionado em diferentes ambientes moleculares sem qualquer barreira física, assemelhando-se a microambientes celulares. Esta é uma nova descoberta que pode substituir a crença do senso comum de que o pH de uma solução é uniforme em todo o recipiente, "observa o Dr. Hwang.

Estendendo o conceito além de moléculas simples, os pesquisadores utilizaram sua estratégia para programar a organização de moléculas orgânicas em solução. Em todos os casos, os padrões de agregados orgânicos gerados pelo som foram obtidos transitoriamente e mantidos apenas na presença de um suprimento constante de combustível químico, que pode ser um agente redutor ou uma base. Este tipo de comportamento é geralmente exibido por processos bioquímicos intracelulares que são mantidos com um fornecimento constante de combustíveis ou moedas de energia, tais como adenosina-5'-trifosfato (ATP) ou guanosina-5'-trifosfato (GTP).

Prof. Kimoon Kim, Diretor do IBS Center for Self-assembly and Complexity, que supervisionou a pesquisa geral, adicionado, “Este é o primeiro estudo que mostra que é possível controlar e visualizar reações químicas por meio de sons audíveis. Em um futuro próximo, podemos expandir ainda mais o escopo de uso do som audível da química para outros campos, como física, mecânica dos fluidos, engenharia química e biologia. "