Na pista da dissolução: apenas 30 moléculas de água separam o sal
Processo visualizado pela primeira vez com precisão atómica através de espectroscopia de eletrões de ultra-alta resolução
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Quanta água é realmente necessária para que uma molécula de sal se dissolva? Uma equipa de investigação internacional, com a participação da Universidade de Kassel, conseguiu agora, pela primeira vez, visualizar o processo com precisão atómica. O estudo revela que só a partir de cerca de 30 moléculas de água é que as partículas se separam de forma permanente. Estas descobertas fornecem conhecimentos fundamentais importantes para a química, a biologia e a investigação atmosférica.
Seja nos oceanos, nos solos ou nas células vivas: o sal (cloreto de sódio, NaCl) dissolve-se em todo o lado à nossa volta. No entanto, até agora faltava à física uma imagem precisa do que acontece, passo a passo, quando as moléculas entram em contacto. Uma equipa de investigação liderada pelo Prof. Dr. Marcel Mudrich, do Instituto de Física da Universidade de Kassel, acompanhou agora, pela primeira vez, o processo molécula a molécula.
Para as suas análises, os investigadores utilizaram um método especial: incorporaram as partículas em minúsculas nanogotas de hélio próximas do ponto zero absoluto e analisaram o processo através de espectroscopia de eletrões de ultra-alta resolução. Simulações computacionais complementares ilustraram as microestruturas resultantes. Desta forma, os investigadores conseguiram identificar como as moléculas de água isoladas enfraquecem a ligação entre o sódio e o cloro, até que, por fim, se forma uma camada de hidrato completa à volta de ambos os iões.
As moléculas de água envolvem os iões a ritmos diferentes
As medições revelam diferenças significativas entre os dois parceiros: enquanto um ião cloreto já fica completamente rodeado por cerca de 17 moléculas de água, um ião de sódio necessita de até 34 moléculas. Só a partir de um limiar de cerca de 30 moléculas de água é que os iões ficam permanentemente separados. «A água envolve os iões passo a passo, como um véu que dissolve gradualmente o sal», afirma Mudrich. «Com um novo método de medição, conseguimos demonstrar pela primeira vez quando é que os iões se separam completamente e ficam envoltos em água.»
O conhecimento básico melhora os modelos da natureza e da química
Trata-se de investigação fundamental pura, pelo que o foco não está na utilidade imediata no dia a dia, mas sim na compreensão fundamental de um processo natural central. Muitas reações químicas e biológicas ocorrem em ambiente aquoso. Num líquido normal, porém, é praticamente impossível isolar as etapas intermédias individuais.
«O nosso método permite, de certa forma, adicionar moléculas de água individuais de forma seletiva e observar em tempo real como a estrutura eletrónica se altera», explica Mudrich. «A longo prazo, este conhecimento ajuda a compreender melhor, a nível molecular, os processos químicos e biológicos — por exemplo, na química atmosférica ou marinha — e a representá-los de forma mais realista em modelos computacionais.»
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