Materiais Avançados

Mecanoquímica: uma nova ferramenta para a química verde

Mecanoquímica: uma nova ferramenta para a química verde
Equipamento experimental usado para estudar as reações químicas em tempo real no interior de um moinho de bolas.[Imagem: T. Friscic]

Moer para construir

Moer as coisas parece ser uma forma eficiente de destruí-las.

Mas os químicos estão se interessando em usar a força mecânica dos moinhos para sintetizar novos compostos e novos materiais.

É a chamada mecanoquímica.

Assim como a indústria química está na base de toda a cadeira industrial, os solventes estão na base de toda a indústria química.

Solventes, contudo, são problemáticos, sendo geralmente danosos à saúde humana e ambiental.

Por isso tem havido um interesse crescente em desenvolver uma química mais verde.

Talvez inspirados por um padeiro amassando o pão, os químicos descobriram que moinhos de bola podem ser muito eficientes para induzir reações químicas complexas.

Química em moinhos de bola

Moinhos de bola são equipamentos giratórios ou vibratórios contendo esferas de aço em seu interior.

Quando essas esferas são chacoalhadas com os reagentes e catalisadores, os pontos de impacto entre as esferas geram pontos de alto calor e pressão, onde se dão as reações químicas.

O problema é que é extremamente difícil saber o que acontece exatamente nesses chamados "pontos quentes", uma vez que, em termos atômicos - que é o que interessa aos químicos - não apenas o ponto de contato entre duas esferas é minúsculo, como também tudo acontece rápido demais.

Essa dificuldade de observar e monitorar o que acontece dentro de um moinho em tempo real tem mantido a mecanoquímica como uma área pouco estudada e pouco compreendida.

"Quando nós tentamos estudar essas reações, o desafio é observar a reação inteira sem perturbá-la, em particular os intermediários de vida curta que aparecem e desaparecem sob os impactos contínuos em menos de um minuto," explica o professor Tomislav Friscic, da Universidade McGill, no Canadá.

Sem uma compreensão adequada da reação química, os cientistas não conseguem criar os modelos necessários para desenvolver processos que possam funcionar em larga escala de forma estável.

Estrutura metal-orgânica

Agora, o professor Friscic coordenou uma equipe internacional que montou o primeiro aparato capaz de observar as reações químicas no interior de um moinho de bolas em tempo real.

Eles usaram um aparelho de raios X de alta penetração em conjunto com um moinho de bolas industrial adaptado.

O aparelho consegue "fotografar" as rápidas transformações do material conforme o moinho mistura, tritura e transforma os ingredientes em um composto químico complexo.

De quebra, a equipe estudou a produção mecanoquímica do promissor material ZIF-8, um tipo de estrutura metal-orgânica, ou MOF (Metal-Organic Framework) - também conhecida como "cristal esponja", graças aos seus poros em nanoescala, nos quais é possível armazenar gases ou outros químicos.

Os MOFs são materiais promissores para a captura de CO2, e os pesquisadores demonstraram agora que eles podem ser produzidos de forma simples e inteiramente a partir de componentes não-tóxicos.

Moinhos químicos

Em princípio, a nova técnica poderá ser usada para estudar qualquer tipo de reação química em um moinho de bolas, permitindo otimizá-las para o processamento em escala industrial.

"Isso significa boas notícias para o meio ambiente, para a indústria e para os consumidores," anunciou Friscic.

Bibliografia:

Real-time and in situ monitoring of mechanochemical milling reactions
Tomislav Friscic, Ivan Halasz, Patrick J. Beldon, Ana M. Belenguer, Frank Adams, Simon A.J. Kimber, Veijo Honkimäki, Robert E. Dinnebier
Nature Chemistry
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nchem.1505




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