Quando pesquisadores alemães examinaram imagens de lapso de tempo de cristais dissolvidos em nanoescala, eles encontraram uma surpresa:a dissolução aconteceu em pulsos, marcado por ondas que se espalham como ondulações em um lago.

"O que vemos são ondas ou anéis, "disse o investigador principal Cornelius Fischer, que conduziu esta pesquisa na Universidade de Bremen no grupo do Prof. Andreas Lüttge. "Temos um fosso no meio, e então ao redor desses poços existem anéis de remoção de massa. "A pesquisa foi publicada no Proceedings of the National Academy of Sciences . Fischer e Lüttge se especializam no estudo de interações fluido-mineral, e colaborou por mais de 15 anos nos Estados Unidos e Alemanha.

Na vida cotidiana, dissolver cristais é tão simples quanto mexer o açúcar em um copo d'água. E como qualquer criança que fez balas sabe, o processo também funciona ao contrário:cristais de açúcar se formam à medida que a água evapora do vidro. Lüttge disse que os cientistas sabem há muito tempo que os cristais se formam por meio de um processo contínuo à medida que as moléculas são depositadas da solução na estrutura cristalina regular do sólido que estão se formando.

"Sempre pensamos que a dissolução era um processo contínuo, como a formação de cristais ao contrário, e ficamos surpresos quando esses experimentos mostraram que este não era um processo contínuo, "Fischer disse." Em vez disso, o que vimos foram pulsos ocorrendo ao redor desses poços. "

Os pulsos aparecem claramente nos mapas de taxas, imagens estáticas de alta resolução que capturam a taxa na qual o material se dissolve na superfície de um cristal ao longo do tempo. Em experimentos no MARUM, Cornelius Fischer modificou uma técnica de imagem chamada "interferometria de varredura vertical", que Lüttge foi pioneira na Rice University (Houston, EUA) no início de 2000 para fazer "mapas de taxa de reação de superfície".

“Os mapas mostram a distribuição do fluxo de material e, assim, ilustram a reatividade superficial, "disse Fischer, um ex-pesquisador de pós-doutorado do MARUM que agora é chefe de um grupo de pesquisa no laboratório de pesquisa alemão independente Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf. "Durante a análise de rotina dos dados do mapa de taxas, descobrimos a existência de um padrão notável de reatividade superficial. Este foi o ponto de partida para uma análise sistemática dos recursos do mapa da taxa de pulsação. "

Usando amostras de primeiro óxido de zinco e depois carbonato de cálcio, Fischer fez mapas que mostravam cada mergulho e aumento na superfície do cristal com uma resolução de 1 nanômetro, ou 1 bilionésimo de metro. Cada varredura coletou mais de 4 milhões de medições de uma superfície medindo não mais do que um centímetro quadrado. Tirar fotos subseqüentes da superfície de um cristal conforme ele se dissolvia permitiu que medissem a taxa na qual o cristal se dissolvia em função da altura da superfície.

Os cientistas há muito entenderam a importância que minúsculos defeitos de superfície desempenham na dissolução do cristal. Divots minúsculos chamados "poços de corrosão" expõem as bordas do cristal e aumentam a probabilidade de que um solvente, como água, reagirá quimicamente com átomos do cristal. O processo é semelhante a como a ferrugem corrói o ferro ou o aço.

Quando eles examinaram seus mapas de taxas para dissolver cristais de calcita e óxido de zinco, Lüttge e Fischer encontraram "flutuações rítmicas da densidade do local da superfície reativa, "ou pulsos de dissolução que se espalham como anéis de poços de corrosão e deslocamentos de parafuso, muito parecido com as ondulações que se espalham a partir do ponto onde uma pedra é jogada em um lago.

"A superposição complexa de pulsos define o resultado geral, e agora somos capazes de entender — e, mais importante, quantificar - tais padrões como o ponto de partida para a formação de porosidade em materiais sólidos durante a dissolução, "Fischer disse. Lüttge disse que a descoberta acrescenta ao conhecimento fundamental dos cientistas sobre a dissolução do cristal e pode ajudar os pesquisadores em campos tão diversos como prevenção da corrosão e fabricação de produtos farmacêuticos.