Materiais Avançados

Átomos agem à distância durante reações de oxidação

Nova teoria para oxidação de metais
Usando simulações de computador e experimentos de laboratório, os cientistas descobriram que o comportamento de um átomo na superfície do aglomerado pode ser afetado por um átomo ainda distante. [Imagem: William Casey/UC Davis]

Tecnologias verdes

Cientistas estão propondo uma maneira totalmente nova de pensar sobre as reações químicas.

Mais especificamente, sobre as reações químicas entre a água e óxidos metálicos, os minerais mais comuns na Terra.

O novo paradigma pode não apenas mudar, mas melhorar a compreensão de fenômenos hoje tidos como bem-compreendidos, como a oxidação e a corrosão de metais, ou como minerais tóxicos permeiam as rochas e o solo para contaminar as águas subterrâneas.

A nova teoria também pode ajudar no desenvolvimento das tecnologias "verdes" do futuro, como novos tipos de baterias, ou catalisadores para a separação da água para produzir hidrogênio como combustível.

Mudança global

"Esta é uma mudança global na forma como se deve ver estes processos," explica William Casey, da Universidade da Califórnia, nos Estados Unidos, que chegou a uma nova compreensão das reações de oxidação juntamente com seu colega James Rustad.

Até agora, ao estudar as interações da água com aglomerados de óxidos metálicos, os cientistas tentavam analisar átomos individuais, para avaliar a sua reatividade.

Mas "nada disso realmente fazia sentido", diz Rustad, desafiando os livros-texto.

Usando simulações de computador desenvolvidas por Rustad, e comparando as animações resultantes com experimentos de laboratório feitos por Casey, os dois descobriram que o comportamento de um átomo na superfície do aglomerado pode ser afetado por um átomo ainda distante.

Ação à distância

Os físicos já se acostumaram com a ação fantasmagórica à distância de partículas sob a ação do entrelaçamento quântico.

Mas aqui o fenômeno parece ser totalmente novo.

Em vez de se mover ao longo de uma sequência de formas de transição, como se assume, os óxidos metálicos interagem com a água passando por vários "estados meta-estáveis" - intermediários de curta duração, afirmam os dois cientistas.

Por exemplo, em uma das animações, uma molécula de água se aproxima de um átomo de oxigênio na superfície de um aglomerado de moléculas de um metal.

O oxigênio repentinamente se afasta de seu átomo vizinho, ligando-o ao meio do aglomerado, e salta para a molécula de água.

Então a estrutura entra em colapso, voltando à sua formação original, ejetando um átomo de oxigênio e incorporando o novo.

"A medição da troca de oxigênio por essas estruturas sugere uma nova visão do relacionamento entre a estrutura e a reatividade na interface óxido/solução," afirmam os cientistas.

Bibliografia:

Metastable structures and isotope exchange reactions in polyoxometalate ions provide a molecular view of oxide dissolution
James R. Rustad, William H. Casey
Nature Materials
10 January 2012
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nmat3203




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