Mecânica

Corrijam os livros-texto: Forças de Van Der Waals atraem e repelem

Forças de Van Der Walls podem ser atrativas ou repulsivas
A descoberta muda um saber científico que se manteve válido por quase um século e que está presente em uma infinidade de campos práticos.[Imagem: University of Luxembourg]

Van der Waals: atração e repulsão

As interações de Van Der Waals entre as moléculas estão entre as forças mais importantes na biologia, física e química, determinando as propriedades e o comportamento de muitos materiais. Há quase um século, os cientistas consideram que essas interações entre as moléculas seriam sempre de atração.

Agora, pesquisadores da Universidade do Luxemburgo descobriram que, em muitas situações bastante comuns e na maioria das situações práticas, a força de van der Waals entre duas moléculas torna-se repulsiva.

"Até recentemente, não havia provas na literatura científica de que as forças de van der Waals também poderiam ser repelentes," disse o professor professor Alexandre Tkatchenko, destacando que essas forças são, de fato, repulsivas quando ocorrem sob confinamento.

"No entanto, na natureza, as moléculas na maioria dos casos interagem em espaços confinados, como células, membranas, nanotubos etc. Nesta situação particular, as forças de van der Waals tornam-se repulsivas a grandes distâncias entre as moléculas," detalhou o pesquisador.

Forças de van der Waals

As onipresentes forças de van der Waals foram explicadas pela primeira vez pelo físico alemão Fritz London, em 1930. Usando a mecânica quântica, ele demonstrou a natureza puramente atrativa da força de van der Waals para quaisquer duas moléculas que interagissem no espaço livre.

Agora, Mainak Sadhukhan, coautor do estudo, desenvolveu um novo método mecânico-quântico que permitiu modelar as forças de van der Waals em confinamento, o que deverá ter um impacto de longo alcance.

Forças de Van Der Walls podem ser atrativas ou repulsivas
A repulsão de van der Waals é forte e de longo alcance quando as moléculas estão confinadas. [Imagem: Mainak Sadhukhan/Alexandre Tkatchenko]

"Nós podemos racionalizar muitos resultados experimentais anteriores que permaneceram inexplicados até agora. Nossa nova teoria permite, pela primeira vez, uma interpretação de muitos fenômenos interessantes observados para moléculas em confinamento," disse Sadhukhan.

Implicações práticas

A descoberta deverá ter muitas implicações práticas, incluindo a entrega de moléculas de fármacos no interior das células, a dessalinização e o transporte de água e a automontagem de camadas moleculares em células fotovoltaicas.

O grupo de pesquisa do professor Tkatchenko está trabalhando em métodos que modelam as propriedades de uma ampla gama de interações intermoleculares. Em 2016, eles descobriram que a verdadeira natureza dessas forças de van der Waals era diferente do que a ciência considerava até então porque elas devem ser tratadas como acoplamentos entre ondas, e não como uma atração ou repulsão entre partículas.

Bibliografia:

Long-Range Repulsion Between Spatially Confined van der Waals Dimers
Mainak Sadhukhan, Alexandre Tkatchenko
Physical Review Letters
Vol.: 118, 210402
DOI: 10.1103/PhysRevLett.118.210402




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