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Materiais Avançados

Descobertos elementos que ficam porosos sob alta pressão

Redação do Site Inovação Tecnológica - 13/11/2020

Descobertos elementos que ficam porosos sob alta pressão
Em vez de se comprimirem, os metais se expandem, abrindo poros e ficando menos densos.
[Imagem: Maxim Bykov et al. - 10.1002/anie.202002487]

Leis e exceções

As leis "normais" da física e da química estabelecem que, quando submetido a pressões fortes o suficiente, um material irá condensar - ficar mais denso -, com suas partículas ocupando um espaço menor.

"Você pode transformar o grafite de um lápis em diamante se apertar com muita força - um fato que parecia um absurdo completo para muitos de nós quando o ouvimos na infância. No entanto, as leis da física deixam claro que não há milagre: Tanto o grafite quanto o diamante são formados pelo mesmo elemento químico, o carbono, que na verdade forma uma estrutura cristalina diferente sob pressão muito alta. Faz sentido: Sob pressão, o espaço vazio entre os átomos diminui e o material se torna mais denso," detalha o professor Igor Abrikosov, da Universidade Nacional de Ciência e Tecnologia MISIS (Rússia).

Mas a equipe do professor Abrikosov descobriu que esta afirmação, que até agora poderia ser aplicada a qualquer material, não vale para um número significativo deles, incluindo elementos químicos fundamentais.

A equipe examinou três metais: háfnio (Hf), tungstênio (W) e ósmio (Os), que foram colocados em uma bigorna de diamante, na presença de nitrogênio (N), a uma pressão de 1 milhão de atmosferas, o que corresponde a uma pressão a 2,5 mil quilômetros de profundidade na Terra.

Em vez de se reestruturarem em formas mais densas, esses elementos formaram uma espécie de cerâmica porosa, muito menos densa, com seus poros preenchidos com moléculas de gás.

Descobertos elementos que ficam porosos sob alta pressão
O nitrogênio é o grande suspeito pela mágica, mas a equipe ainda quer testar outras combinações para confirmar.
[Imagem: Maxim Bykov et al. - 10.1002/anie.202002487]

Materiais impensáveis

Os cientistas acreditam que a combinação de pressão e nitrogênio é a responsável pela formação da estrutura porosa na rede cristalina dos metais, embora eles ainda estejam pensando em confirmar isso testando outros gases.

"O nitrogênio em si é bastante inerte e sem uma pressão ultra-alta ele não reagiria de forma alguma com esses metais. Os materiais sem nitrogênio simplesmente se condensariam em uma bigorna de diamante. No entanto, a combinação deles deu um resultado surpreendente: Alguns dos átomos de nitrogênio formaram uma espécie de quadro de reforço na estrutura dos materiais, permitindo a formação de poros na estrutura cristalina. Consequentemente, moléculas de nitrogênio adicionais entraram no espaço [dos poros]," disse o professor Abrikosov.

O experimento enquadra-se no campo da pesquisa fundamental, ou seja, materiais com tais propriedades ainda não foram criados para tarefas específicas. Mas o fato de que modificações de materiais antes impensáveis podem ser obtidas abre muitas possibilidades de usos práticos.

Para isso, a equipe afirma que será necessário preservar esses materiais porosos quando eles retornarem à pressão ambiente, o que eles esperam fazer com técnicas de resfriamento rápido. Recentemente a equipe conseguiu isto para preservar uma modificação estrutural em um composto mais complexo, o nitreto de rênio (Re).

Bibliografia:

Artigo: High-Pressure Synthesis of Metal-Inorganic Frameworks Hf4N20.N2, WN8.N2, and Os5N28.3.N2 with Polymeric Nitrogen Linkers
Autores: Maxim Bykov, Stella Chariton, Elena Bykova, Saiana Khandarkhaeva, Timofey Fedotenko, Alena V. Ponomareva, Johan Tidholm, Ferenc Tasnádi, Igor A. Abrikosov, Pavel Sedmak, Vitali Prakapenka, Michael Hanfland, Hanns-Peter Liermann, Mohammad Mahmood, Alexander F. Goncharov, Natalia Dubrovinskaia, Leonid Dubrovinsky
Revista: Angewandte Chemie International Edition
DOI: 10.1002/anie.202002487





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