Nanotecnologia

Forças de van der Waals são medidas entre átomos individuais

Forças de van der Waals são medidas entre átomos individuais
Átomos de gases nobres depositados na rede molecular são "tocados" com um único átomo de xenônio fixado na ponta de sondagem de um microscópio de força atômica, permitindo medir a interação entre eles. [Imagem: Universidade da Basileia/Physics]

Atração e desgaste

As tênues forças de van der Waals foram medidas entre átomos individuais pela primeira vez.

Mesmo sendo muito fracas em comparação com as ligações químicas, as forças de van der Waals são extremamente importantes na natureza e na nanotecnologia. Elas desempenham um papel importante em todos os processos relacionados com fenômenos como a coesão, adesão, fricção ou condensação.

Elas são responsáveis, por exemplo, pela capacidade das lagartixas andarem pelas paredes e pelo desgaste acelerado e desanimador dos equipamentos mecânicos ultraminiaturizados, como os MEMS e os NEMS.

E a medição, feita por físicos da Universidade da Basileia, na Suíça, trouxe informações importantes para permitir usar de forma prática ou evitar a ação das forças de van der Waals.

Ocorre que os resultados mostraram valores várias vezes maiores do que as previsões teóricas, o que significa que os engenheiros podem estar trabalhando com parâmetros incorretos quando tentam criar adesivos secos que imitem os pés das lagartixas ou evitar os desgastes dos sistemas microeletromecânicos.

Ligações covalentes entre gases nobres

Shigeki Kawai e seus colegas fixaram átomos individuais de gases nobres dentro de uma rede molecular e então mediram as interações desses átomos com um único átomo do também gás nobre xenônio posicionado na ponta de um microscópio de força atômica.

Como esperado, as forças variam conforme a distância entre os dois átomos. Mas, em alguns casos, seus valores se mostraram várias vezes maiores do que as teorias prediziam.

Ainda terão que ser desenvolvidos novos modelos para tentar explicar os dados, mas a equipe sugere que, mesmo em um gás nobre, pode haver transferência de cargas, o que significaria a formação eventual de ligações covalentes.

Forças de van der Waals

As teorias atuais propõem que as forças de van der Waals surgem devido a uma redistribuição temporária dos elétrons nos átomos e moléculas.

Isto resulta na formação ocasional de dipolos, que por sua vez levam à redistribuição dos elétrons entre moléculas vizinhas. Devido à formação dos dipolos, as duas moléculas experimentam uma atração mútua - é isto que é conhecido como interação de van der Waals.

Ou seja, a força de van der Waals é algo que só existe temporariamente, mas que é repetidamente reformada, daí sua ação constante em termos práticos.

Além disso, mesmo sendo as forças de ligação mais fracas que existem, elas se adicionam até alcançar magnitudes que podem ser percebidas em macroescala - como no exemplo dos pés das lagartixas.

Bibliografia:

Van der Waals interactions and the limits of isolated atom models at interfaces
Shigeki Kawai, Adam S. Foster, Torbjörn Björkman, Sylwia Nowakowska, Jonas Björk, Filippo Federici Canova, Lutz H. Gade, Thomas A. Jung, Ernst Meyer
Nature Communications
DOI: 10.1038/ncomms11559




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