O feldspato é um mineral onipresente e constitui cerca de metade da crosta terrestre. Na atmosfera terrestre, os feldspatos desempenham um papel surpreendentemente importante. Pó fino transportado pelo ar influencia a formação de nuvens. As moléculas de água aderem melhor ao pó de feldspato do que a outras partículas. Minúsculos grãos de feldspato, flutuando na atmosfera, tornam-se assim excelentes sementes de nucleação, onde as moléculas de água aderem e congelam, formando eventualmente uma nuvem.



Não está claro por que o feldspato tem esta notável capacidade de reter água de forma eficiente e permitir a formação de nuvens. Usando um microscópio de força atômica altamente sensível, pesquisadores da TU Wien mostraram que a geometria única da superfície do feldspato fornece o ponto de ancoragem perfeito para grupos OH de hidrogênio e oxigênio – e subsequentemente para água.

O estudo foi publicado no The Journal of Physical Chemistry Letters .

Imagens com resolução atômica

“Os pesquisadores estavam considerando várias ideias sobre por que o feldspato é uma semente de nucleação tão eficaz”, diz a professora Ulrike Diebold, do Instituto de Física Aplicada da TU Wien, que liderou o projeto. "Pode ser devido aos átomos de potássio contidos no feldspato, ou talvez a certos defeitos em sua estrutura cristalina."

Para descobrir, os pesquisadores da TU usaram um microscópio de força atômica sensível. Neste microscópio, a superfície do cristal é escaneada ponto a ponto com uma ponta fina. A força entre a ponta e a superfície produz uma imagem de alta resolução, onde a posição de cada átomo pode ser determinada com precisão.

“Colocamos um pedaço de feldspato na câmara de vácuo do microscópio e dividimos ao meio para obter uma superfície imaculada e limpa”, diz Giada Franceschi, primeira autora do estudo. "Ficámos intrigados com os resultados:as imagens da superfície pareciam diferentes do que as teorias comuns previam."

Uma conexão ideal:a camada hidroxila

A causa foi rapidamente encontrada:pequenas inclusões de água na rocha foram as culpadas. Quando a pedra é quebrada, um pouco de vapor d'água é liberado. Esse vapor se liga à superfície recém-dividida e as moléculas de água se quebram, formando grupos hidroxila (OH). “Ao microscópio, você não vê a superfície do feldspato em si, mas uma superfície coberta por grupos hidroxila”, explica Giada Franceschi. "Na natureza, a superfície do feldspato também é coberta por uma camada de hidroxila."

Devido à geometria do cristal de feldspato, esses grupos hidroxila estão posicionados de forma que os tornam pontos de ancoragem ideais para moléculas de água. As moléculas de água podem se acoplar aos grupos hidroxila como blocos de construção que se encaixam com precisão. Assim, a camada hidroxila forma a conexão perfeita entre o feldspato e a água que se fixa na forma de gelo. “O vínculo é estabelecido com muita facilidade e rapidez e também é muito estável”, diz Ulrike Diebold. “Para remover a camada hidroxila do feldspato, seria necessário aquecê-lo a alta temperatura”. Simulações de computador também apoiam esta descoberta.

Os resultados fornecem informações sobre por que cristais específicos em nossa atmosfera são particularmente adequados como sementes de nucleação formadoras de nuvens. Especialmente face às alterações climáticas, é importante compreender melhor a física da formação de nuvens. E às vezes, como mostra o projeto de pesquisa da TU Wien, é preciso mergulhar profundamente no mundo dos átomos.

Mais informações: Giada Franceschi et al, How Water Binds to Microcline Feldspato (001), The Journal of Physical Chemistry Letters (2023). DOI:10.1021/acs.jpclett.3c03235
Informações do diário: Jornal de Cartas de Físico-Química

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