A experiência comum nos diz que óleo e água não se misturam. No entanto, acontece que eles podem se misturar quando o óleo é disperso como pequenas gotículas na água. Esse comportamento estranho tem irritado os cientistas há muito tempo porque não há explicação para isso. Uma equipe de cientistas da EPFL e ICTP estudou essa questão usando uma nova tecnologia óptica e descobriu o mecanismo pelo qual esses dois compostos neutros e imiscíveis podem de fato se misturar e formar emulsões. A resposta está na distribuição de carga elétrica na interface.
Por mais de cem anos, os químicos se perguntaram sobre esta questão:como pequenas gotículas de óleo podem existir na água sem nenhuma molécula estabilizadora? "Afinal, as moléculas de água têm interações tão fortes e favoráveis ​​umas com as outras que não gostam de incorporar moléculas que não participam dessas interações", diz a professora Sylvie Roke, principal pesquisadora do estudo.

De fato, óleo e água segregam um do outro quando simplesmente misturados. No entanto, com a entrada de energia suficiente na forma de ultra-som, gotículas de óleo com tamanhos inferiores a 1 mícron se formam em água pura e continuam a existir por várias semanas ou meses. Curiosamente, quando colocadas em um campo elétrico, as gotículas se movem em direção ao eletrodo positivo. Assim, a mistura de óleo neutro e água neutra resulta em gotículas de óleo carregadas negativamente. Sem surpresa, a fonte dessa carga inesperada foi fortemente debatida.

A equipe de cientistas do Laboratório de Biofotônica fundamental (LBP) na escola de engenharia da EPFL liderada pelo prof. Roke, em colaboração com o Dr. Ali Hassanali do Centro Internacional de Física Teórica (ICTP), Trieste encontrou a fonte da carga negativa estudando tanto a carga quanto a estrutura molecular das gotículas interfaciais de óleo e água. Seus resultados foram publicados na Science .

Ligação de hidrogênio imprópria

Acontece que a resposta para esse quebra-cabeça de longa data está na interface entre gotículas de óleo e água. As moléculas de água preferem doar e aceitar cargas elétricas de seus vizinhos por meio de uma interação conhecida como ligação de hidrogênio. No entanto, quando eles estão perto das moléculas de óleo na superfície da gota, eles não podem mais encontrar vizinhos de água suficientes para fazer ligações de hidrogênio. Em vez disso, essas moléculas de água doam suas cargas elétricas desequilibradas para as moléculas de óleo na superfície das gotículas. Este estudo revela que a interação água-óleo ocorre por meio de uma chamada ligação de hidrogênio imprópria. Esta é uma ligação de hidrogênio fraca entre óleo e água e, embora fraca, muitas delas estabilizarão a gota.

Para desvendar esse mecanismo, a equipe de Roke usou uma técnica óptica ultrarrápida. "Dois pulsos de laser ultracurtos foram sobrepostos em uma mistura de gotículas de óleo e água. Quando fazemos isso, novos fótons são gerados e espalhados a partir da interface de gotículas. Esses fótons têm a frequência somada dos dois feixes de laser de entrada e relatam as ligações vibracionais na interface, ou seja, o movimento dos átomos dentro das moléculas interfaciais. Isso nos diz sobre a estrutura e as interações entre óleo e água", explica Roke. Na escala molecular, a interface entre gotículas de óleo e água tem fortes semelhanças com interfaces envolvidas no dobramento de proteínas ou na formação de membranas biológicas. Portanto, essas descobertas sobre a estrutura da interface gota de óleo/água não apenas satisfazem nossa curiosidade sobre as intrincadas complexidades da água, mas também têm implicações para o entendimento das interações ao longo da biologia e da química.