Uma nova abordagem para estudar a viscosidade da água revelou novos insights sobre o comportamento das moléculas de água e pode abrir caminhos para a eletrônica de base líquida.

Uma equipe de pesquisadores liderada pelo Laboratório Nacional Oak Ridge do Departamento de Energia usou uma técnica de espalhamento de raios-X inelástica de alta resolução para medir a forte ligação envolvendo um átomo de hidrogênio imprensado entre dois átomos de oxigênio. Esta ligação de hidrogênio é um fenômeno da mecânica quântica responsável por várias propriedades da água, incluindo viscosidade, que determina a resistência de um líquido ao fluxo ou à mudança de forma.

Embora a água seja a substância mais abundante na Terra, seu comportamento em nível molecular não é bem compreendido.

"Apesar de tudo o que sabemos sobre a água, é um misterioso, substância atípica que precisamos entender melhor para desbloquear seu vasto potencial, particularmente em tecnologias de informação e energia, "disse Takeshi Egami, Distinto Cientista / Professor da Universidade do Tennessee-ORNL trabalhando por meio do Shull Wollan Center - um Instituto Conjunto para Ciências de Neutrons, uma parceria ORNL-UT.

O estudo da equipe, publicado em Avanços da Ciência , demonstrou que é possível sondar o espaço real, dinâmica em tempo real da água e outros líquidos. Estudos anteriores forneceram instantâneos da estrutura atômica da água, mas pouco se sabe sobre como as moléculas de água se movem.

"A ligação de hidrogênio tem um forte efeito na correlação dinâmica entre as moléculas à medida que se movem no espaço e no tempo, mas até agora os dados, principalmente por espectroscopia de laser óptico, produziu resultados amplos ou 'nebulosos' com especificidade pouco clara, "Egami disse.

Para uma imagem mais clara, a equipe conjunta do ORNL-UT usou uma técnica avançada de raios-X conhecida como espalhamento inelástico de raios-X para determinar o movimento molecular. Eles descobriram que a dinâmica da ligação oxigênio-a-oxigênio entre as moléculas de água é, surpreendentemente, não aleatório, mas altamente coordenado. Quando a ligação entre as moléculas de água é interrompida, as fortes ligações de hidrogênio funcionam para manter um ambiente estável por um período específico de tempo.

“Descobrimos que a quantidade de tempo que leva para uma molécula mudar sua molécula 'vizinha' determina a viscosidade da água, "Disse Egami. Esta nova descoberta estimularia novos estudos sobre como exercer o controle sobre a viscosidade de outros líquidos.

Egami vê o trabalho atual como um trampolim para pesquisas mais avançadas que alavancarão técnicas de espalhamento de nêutrons na Fonte de Nêutrons de Espalação em ORNL, um DOE Office of Science User Facility, para determinar ainda mais a origem da viscosidade e outras propriedades dinâmicas dos líquidos.

A abordagem dos pesquisadores também pode ser usada para caracterizar o comportamento molecular e a viscosidade do iônico, ou salgado, líquidos e outras substâncias líquidas, que ajudaria no desenvolvimento de novos tipos de dispositivos semicondutores com camadas isolantes de eletrólito líquido, melhores baterias e melhores lubrificantes.