Em um estudo recente publicado na revista The Journal of Physical Chemistry, cientistas observaram comportamentos inéditos das moléculas de água ao serem forçadas a atravessar nanoporos, tubos ultrafinos com diâmetros menores que dez nanômetros. “Uma nova física emerge: novas fases do gelo foram observadas e o transporte ultrarrápido de prótons foi medido”, destaca a pesquisa.
Os pesquisadores estavam investigando as propriedades dielétricas da água, ou seja, sua capacidade de armazenar e influenciar um campo elétrico. Esse estudo é crucial para compreender como os íons se movem em espaços confinados, com aplicações em sistemas biológicos e materiais sintéticos.
Marcos Calegari Andrade, cientista brasileiro do Laboratório Nacional Lawrence Livermore nos EUA e principal autor do artigo, explica: “Uma melhor compreensão da resposta dielétrica da água confinada é importante não apenas para o avanço das tecnologias de separação, mas também para outras aplicações emergentes, como armazenamento e conversão de energia”, disse ao ScienceAlert.
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A água, embora pareça simples, apresenta um comportamento complexo em nível molecular. O oxigênio, sendo mais eletronegativo que o hidrogênio, atrai mais fortemente os elétrons, resultando em uma carga negativa maior em comparação aos hidrogênios. Esse desequilíbrio de cargas é conhecido como dipolo e confere propriedades únicas à água, como ligações de hidrogênio, tensão superficial e coesão.
No entanto, ainda é um mistério por que as moléculas de água intensificam suas interações com um campo elétrico quando confinadas em um nanotubo de carbono hidrofóbico.
Para desvendar esse mistério, a equipe utilizou simulações computacionais com aprendizado de máquina para analisar e prever as mudanças nas propriedades dielétricas da água em nanoescala, baseando-se em cálculos fundamentados em leis da física, especialmente da mecânica quântica.
Os resultados mostraram que, quando um campo elétrico é aplicado ao longo de um nanotubo extremamente fino, a água filtra esse campo, alinhando os dipolos de maneira ordenada, como um “exército” em formação. Isso aumenta a eficiência da água em bloquear a eletricidade.
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“Nosso trabalho revela impactos peculiares do nanoconfinamento hidrofóbico unidimensional, não apenas na constante dielétrica, mas também na estrutura eletrônica da água, que não podem ser observados com simulações baseadas em campos de força convencionais”, concluiu Calegari Andrade em um comunicado.
Este estudo abre novas perspectivas para o entendimento e a aplicação das propriedades da água em nanoescala, podendo revolucionar tecnologias de separação, armazenamento e conversão de energia.
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