p No centro das nuvens estão cristais de gelo. E no coração dos cristais de gelo, muitas vezes, são partículas de aerossol - poeira na atmosfera sobre a qual o gelo pode se formar mais facilmente do que ao ar livre. p É um pouco misterioso como isso acontece, no entanto, porque os cristais de gelo são estruturas ordenadas de moléculas, enquanto os aerossóis são frequentemente pedaços desorganizados. Nova pesquisa de Valeria Molinero, distinto professor de química, e Atanu K. Metya, agora no Instituto Indiano de Tecnologia Patna, mostra como os cristais de moléculas orgânicas, um componente comum de aerossóis, pode fazer o trabalho.

p A história é mais do que isso, embora - é um retrocesso à pesquisa de semeadura de nuvens da era da Guerra Fria e uma investigação sobre um efeito de memória peculiar que vê o gelo se formar mais prontamente nesses cristais na segunda vez.

p A pesquisa, financiado pelo Escritório de Pesquisa Científica da Força Aérea, é publicado no Jornal da American Chemical Society .

p Retrocesso à propagação de nuvens

p A pesquisa de Molinero está focada em como o gelo se forma, particularmente o processo de nucleação, que é o início da formação de cristais de gelo. Sob as condições certas, moléculas de água podem nuclear gelo por conta própria. Mas muitas vezes algum outro material, chamado nucleant, pode ajudar no processo.

p Depois de vários estudos sobre as maneiras como as proteínas podem ajudar a formar gelo, Molinero e Metya voltaram sua atenção para nucleantes de gelo orgânicos (como usados ​​aqui, "orgânico" significa compostos orgânicos que contêm carbono, porque são semelhantes às proteínas produtoras de gelo e são encontrados em aerossóis no ar.

p Mas uma revisão da literatura científica descobriu que os artigos que discutem a nucleação do gelo por compostos orgânicos vieram das décadas de 1950 e 1960, com muito pouco trabalho de acompanhamento depois disso, até muito recentemente.

p "Isso me deixou muito curioso, "Molinero diz, "porque há muito interesse agora nos aerossóis orgânicos e se e como eles promovem a formação de gelo nas nuvens, mas toda essa nova literatura parecia dissociada desses primeiros estudos fundamentais de nucleantes de gelo orgânicos. "

p Pesquisas adicionais revelaram que o trabalho inicial com nucleantes de gelo orgânico estava relacionado ao estudo de semeadura de nuvens, uma linha de pesquisa do pós-guerra sobre como as partículas (principalmente iodeto de prata) poderiam ser introduzidas na atmosfera para estimular a formação de nuvens e a precipitação. Os cientistas exploraram as propriedades dos compostos orgânicos como nucleantes de gelo para ver se eles poderiam ser alternativas econômicas ao iodeto de prata.

p Mas a pesquisa de semeadura de nuvens entrou em colapso na década de 1970, depois que pressões políticas e temores de modificação do clima levaram à proibição da prática na guerra. Financiamento e interesse em nucleantes de gelo orgânico secaram até recentemente, quando a pesquisa climática estimulou um interesse renovado na química da formação de gelo na atmosfera.

p "Tem havido um interesse crescente na nucleação de gelo por aerossóis orgânicos nos últimos anos, mas nenhuma conexão com esses antigos estudos sobre cristais orgânicos, "Molinero diz." Então, Achei que era hora de "resgatá-los" na literatura moderna. "

p Indo todo clássico

p O floroglucinol é um dos nucleantes orgânicos estudados em meados dos anos 20 ^º século. Ele se mostrou promissor para controlar o nevoeiro, mas menos para propagação de nuvens. Molinero e Metya revisitaram o floroglucinol, pois ele se mostrou potente na nucleação do gelo no laboratório.

p Uma questão a ser respondida é se o floroglucinol nuclea o gelo por meio de processos clássicos ou não clássicos. Quando o gelo se nucleação por conta própria, sem quaisquer superfícies ou outras moléculas, o único obstáculo a ser superado é a formação de um cristalito de gelo estável (apenas cerca de 500 moléculas em algumas condições) que outras moléculas podem construir para fazer crescer um cristal de gelo. Essa é a nucleação clássica.

p Nucleação não clássica, envolvendo uma superfície nucleante, ocorre quando uma camada de moléculas de água se reúne na superfície na qual outras moléculas de água podem se organizar em uma estrutura cristalina. O obstáculo a superar na nucleação não clássica é a formação da monocamada.

p O que se aplica ao floroglucinol? Na década de 1960, o pesquisador L.F. Evans concluiu que não era clássico. "Ainda estou surpreso que ele tenha sido capaz de deduzir a existência de uma monocamada e inferir que o mecanismo não era clássico a partir de experimentos de congelamento em função apenas da temperatura!" Molinero diz. Mas Molinero e Metya, usando simulações moleculares de como o gelo se forma, descobri que é mais complicado.

p "Descobrimos que a etapa que realmente decide se a água se transforma em gelo ou não não é a formação da monocamada, mas o crescimento de um cristalito de gelo no topo, "Molinero diz." Isso torna a formação de gelo por produtos orgânicos clássica, embora não menos fascinante. "

p Mantendo as memórias de gelo

p Os pesquisadores também usaram seus métodos de simulação para investigar um interessante efeito de memória previamente observado com nucleantes orgânicos e outros. Quando o gelo é formado, derreteu e se formou novamente usando esses nucleantes, a segunda rodada de cristalização é mais eficaz do que a primeira. Supõe-se que o gelo derrete completamente entre as cristalizações, e os pesquisadores apresentaram várias explicações potenciais.

p Molinero e Metya descobriram que o efeito de memória não é devido ao gelo mudando a superfície nucleante, nem à monocamada de água que persiste na superfície do nucleante após o derretimento. Em vez de, suas simulações deram suporte a uma explicação em que fendas no nucleante podem reter pequenas quantidades de gelo que derretem em temperaturas mais altas do que o resto do gelo no experimento. Se essas fendas forem adjacentes a uma das superfícies de cristal nucleante que é boa para formar gelo, então, partem para as corridas quando a segunda rodada de congelamento começa.

p Algo no ar

p Outros mistérios ainda permanecem - os estudos de cristais orgânicos de meados do século descobriram que, em altas pressões, cerca de 1500 vezes a pressão atmosférica, que os cristais são tão eficientes em organizar as moléculas de água em gelo quanto o próprio cristal de gelo. Porque? Esse é o foco dos próximos experimentos de Molinero.

p Mais imediatamente, no entanto, o floroglucinol é um composto que ocorre naturalmente na atmosfera, então, qualquer coisa que os pesquisadores possam aprender sobre ele e outros nucleantes orgânicos pode ajudar a explicar a capacidade dos aerossóis de nuclear o gelo e regular a formação de nuvens e precipitação.

p "Seria importante investigar se pequenos cristalitos desses nucleantes de gelo cristalino são responsáveis ​​pela desconcertante capacidade de nucleação de gelo de aerossóis orgânicos amorfos, "Molinero diz.