p Os cientistas há muito suspeitam que a forma como os materiais se comportam em nanoescala - ou seja, quando as partículas têm dimensões de cerca de 1 a 100 nanômetros - é diferente de como se comportam em qualquer outra escala. Um novo artigo no jornal Ciência Química fornece provas concretas de que é esse o caso. p As leis da termodinâmica governam o comportamento dos materiais no mundo macro, enquanto a mecânica quântica descreve o comportamento das partículas no outro extremo, no mundo dos átomos e elétrons individuais.

p Mas no meio, na ordem de cerca de 10-100, 000 moléculas, algo diferente está acontecendo. Porque é uma escala tão pequena, as partículas têm uma proporção realmente grande entre a área de superfície e o volume. Isso significa que a energia do que acontece na superfície se torna muito importante, tanto quanto fazem na escala atômica, onde a mecânica quântica é frequentemente aplicada.

p A termodinâmica clássica não funciona. Mas porque existem tantas partículas, e há muitas interações entre eles, o modelo quântico também não funciona.

p E porque existem tantas partículas fazendo coisas diferentes ao mesmo tempo, é difícil simular todas as suas interações usando um computador. Também é difícil reunir muitas informações experimentais, porque ainda não desenvolvemos a capacidade de medir o comportamento em uma escala tão pequena.

p Este enigma se torna particularmente agudo quando tentamos entender a cristalização, o processo pelo qual as partículas, distribuído aleatoriamente em uma solução, pode formar estruturas de cristal altamente ordenadas, dadas as condições certas.

p Os químicos realmente não entendem como isso funciona. Como fazer cerca de 1018 moléculas, movendo-se em solução aleatoriamente, se reúnem para formar um cristal ordenado de tamanho de micro a milímetro? O mais notável talvez seja o fato de que, na maioria dos casos, todos os cristais são ordenados da mesma maneira sempre que o cristal é formado.

p Contudo, Acontece que diferentes condições às vezes podem produzir diferentes estruturas de cristal. Estes são conhecidos como polimorfos, e são importantes em muitos ramos da ciência, incluindo a medicina - um medicamento pode se comportar de maneira diferente no corpo, dependendo do polimorfo em que se cristaliza.

p O que sabemos até agora sobre o processo, pelo menos de acordo com um modelo amplamente aceito, é que as partículas em solução podem se juntar para formar um núcleo, e uma vez que uma massa crítica é alcançada, vemos o crescimento do cristal. A estrutura do núcleo determina a estrutura do cristal final, isso é, qual polimorfo nós obtemos.

p O que não sabemos até agora é o que determina a estrutura do núcleo em primeiro lugar, e isso acontece em nanoescala.

p Nesse artigo, os autores usaram a mecanoquímica - ou seja, moagem e trituração - para obter partículas nanométricas, pequeno o suficiente para que os efeitos de superfície se tornem significativos. Em outras palavras, a química do nanomundo - quais estruturas são as mais estáveis ​​nesta escala, e quais condições afetam sua estabilidade, foi estudado pela primeira vez com experimentos cuidadosamente controlados.

p E mudando as condições de fresagem, por exemplo, adicionando uma pequena quantidade de solvente, os autores conseguiram controlar qual polimorfo é o mais estável. Professor Jeremy Sanders, do Departamento de Química da Universidade de Cambridge, quem liderou o trabalho, disse "É empolgante que esses experimentos simples, quando realizado com muito cuidado, pode abrir inesperadamente uma nova porta para a compreensão da questão fundamental de como os efeitos de superfície podem controlar a estabilidade dos nanocristais. "

p Joel Bernstein, Professor Global Distinto de Química na NYU Abu Dhabi, e um especialista em crescimento e estrutura de cristais, explica:"Os autores mostraram elegantemente como medir experimentalmente e simular situações onde você tem dois núcleos possíveis, diga A e B, e determinar que A é mais estável. E eles também podem mostrar quais condições são necessárias para que essas estabilidades sejam invertidas, e para B se tornar mais estável do que A. "

p "Isso é realmente uma novidade, porque você não pode fazer essas previsões usando a termodinâmica clássica, e nem é este o efeito quântico. Mas, ao fazer esses experimentos, os autores começaram a entender como as coisas se comportam nesse regime de tamanho, e como podemos prever e assim controlá-lo. A parte elegante do experimento é que eles foram capazes de nuclear A e B seletivamente e reversivelmente. "

p Uma das palavras-chave da síntese química é 'controle'. Os químicos estão sempre tentando controlar as propriedades dos materiais, seja para fazer um corante ou plástico melhor, ou uma droga que é mais eficaz no corpo. Então, se pudermos aprender a controlar como as moléculas em uma solução se juntam para formar sólidos, podemos ganhar muito. Este trabalho é um primeiro passo significativo para obter esse controle.