p (Phys.org) —Em um ato de "nanoalquimia, "os cientistas sintetizaram um nano aglomerado de prata (Ag) que é virtualmente idêntico a um nano aglomerado de ouro (Au). Por fora, o nanocluster de prata tem uma cor amarelo dourado, e por dentro, sua estrutura química e propriedades também imitam de perto as de seu equivalente de ouro. O trabalho mostra que pode ser possível criar nanopartículas de prata que se parecem e se comportam como ouro, apesar das diferenças subjacentes entre os dois elementos, e pode levar à criação de análogos semelhantes entre outros pares de elementos. p Os pesquisadores, liderado por Osman Bakr, Professor Associado de Ciência e Engenharia de Materiais na Universidade King Abdullah de Ciência e Tecnologia (KAUST) na Arábia Saudita, publicaram o artigo em uma edição recente do Jornal da American Chemical Society .

p "Em alguns aspectos, isso é muito semelhante à alquimia, mas nós a chamamos de 'nanoalquimia, '"Bakr disse Phys.org . "Quando encontramos pela primeira vez o espectro óptico do nanocluster de prata, pensamos que podemos ter inadvertidamente trocado os reagentes químicos de prata por ouro, e acabou ficando com nanopartículas de ouro. Mas repetidas sínteses e medições provaram que os aglomerados eram de fato prata e, ainda assim, apresentavam propriedades semelhantes às do ouro. Foi realmente surpreendente para nós, como cientistas, encontrar não apenas semelhanças na cor e nas propriedades ópticas, mas também a estrutura de raios-X. "

p Como todos os elementos químicos, prata e ouro são definidos por seu número de prótons:prata tem 47, e o ouro tem 79. O trabalho aqui não muda o número de prótons em um átomo de prata; caso contrário, não seria mais considerada prata. Em vez de, os pesquisadores sintetizaram um nanocluster de 25 átomos de prata, junto com 18 outras moléculas chamadas "ligantes" que circundam os átomos de prata. Todo o carregado negativamente, O íon complexo à base de prata tem a fórmula química [Ag ₂₅ (SPhMe ₂ ) ₁₈ ] ^- .

p Embora alguns outros nanoclusters de prata tenham sido sintetizados nos últimos anos, este é o primeiro nanocluster de prata que tem um análogo correspondente em ouro:[Au ₂₅ (SPhMe ₂ ) ₁₈ ] ^- foi relatado anteriormente. Além de ambos os nanoclusters com 25 átomos de metal e 18 ligantes, eles também têm todos os seus átomos e elétrons arranjados quase exatamente da mesma maneira.

p Em seu estudo, os pesquisadores realizaram testes que demonstraram que os nanoclusters de prata e ouro têm propriedades ópticas muito semelhantes. Tipicamente, nanoclusters de prata são de cor marrom ou vermelha, mas este se parece com ouro porque emite luz quase no mesmo comprimento de onda (cerca de 675 nm) que o ouro. A cor dourada pode ser explicada pelo fato de que ambos os nanoaglomerados possuem estruturas cristalinas virtualmente idênticas.

p Os cientistas investigaram a estrutura de cristal do nanocluster de prata usando difração de raios-X, em que um feixe de raios-X atinge a estrutura cristalizada e é refletido em vários ângulos para criar um padrão de difração em um detector. Esta técnica revelou que o nanocluster de prata tem um átomo de prata no centro de uma forma semelhante a uma estrela de 12 pontas, chamada de icosaedro. Enquanto 12 dos outros átomos de prata formam as 12 pontas, os 12 átomos de prata restantes ocupam algumas das faces. Este arranjo é quase exatamente igual ao do nanocluster de ouro, exceto que três dos átomos nas faces do nanocluster de prata são virados em uma direção diferente. Tanto quanto os cientistas podem dizer, a orientação desses três átomos é a única diferença estrutural notável entre os nanoclusters de prata e ouro, e isso causa uma leve distorção nos nanoclusters de prata.

p A questão surge naturalmente:por que esses nanoaglomerados de prata e ouro são tão semelhantes, quando átomos individuais de prata e ouro são muito diferentes, em termos de suas propriedades ópticas e estruturais? Como Bakr explicou, a resposta pode ter a ver com o fato de que, embora maior em tamanho, os nanoclusters se comportam como "superátomos" no sentido de que seus elétrons orbitam todo o nanocluster como se fosse um único átomo gigante. Esses orbitais superatômicos nos nanoclusters de prata e ouro são muito semelhantes, e, em geral, a configuração eletrônica de um átomo contribui significativamente para suas propriedades.

p "A escala de tamanho das nanopartículas está entre os átomos / moléculas e o material a granel, onde a regra absoluta nem da física quântica nem da física clássica é observada, "Bakr explicou." No entanto, a nanopartícula de Ag que sintetizamos era tão pequena em tamanho que na verdade se comporta muito como um átomo, ou seja, um superátomo. Uma vez que o quadro estrutural da Ag ₂₅ é quase idêntico ao Au ₂₅ , que faz arranjos atômicos semelhantes no espaço 3D, este arranjo atômico especial permite a hibridização de orbitais atômicos Ag e orbitais ligantes (as moléculas orgânicas que cercam o metal) em Ag ₂₅ para produzir orbitais superatômicos que são muito semelhantes ao conhecido Au ₂₅ sistema. Esta pode ser a principal razão para as semelhanças observadas entre os clusters Ag e Au, que pode não ser possível alcançar com átomos individuais ou materiais a granel. "

p Embora os resultados aqui mostrem que a prata pode adquirir as propriedades do ouro, o inverso também pode ser possível, com o ouro sendo sintetizado para parecer e se comportar como prata.

p "Se a prata pode adquirir propriedades de ouro, não há nenhuma razão óbvia para que o inverso não seja possível, "Bakr disse.

p Essa dualidade, em que um tipo de átomo adquire as propriedades de outro, tem o potencial de oferecer habilidades sem precedentes na pesquisa em nanociências, e é uma área que os cientistas planejam investigar mais no futuro.

p Os pesquisadores também esperam que os resultados levem a uma melhor compreensão das diferenças fundamentais entre ouro e prata. Por exemplo, embora ambos os materiais sejam metais brilhantes, ouro é relativamente biocompatível e está sendo pesquisado para biomedicina, enquanto a prata é citotóxica e usada em revestimentos de superfície antibacterianos. Perguntas como essas podem ser respondidas borrando as linhas entre os elementos como os conhecemos.

p "Nosso plano futuro é sintetizar outros tamanhos de clusters de ouro e outros análogos de metais de nanopartículas de ouro para explorar se esses clusters ainda mostrariam o comportamento do ouro ou não, "Bakr disse." Nosso objetivo é encontrar substitutos mais baratos para o ouro em aplicações onde as nanopartículas de ouro são necessárias. " p © 2015 Phys.org