Assista ao crescimento da menor gota de água já vista, molécula por molécula: WebCuriosos

Todos nós conhecemos os ingredientes da água. Você pega dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio e os mistura apenas assime voilá – você tem uma molécula do composto mais importante para a vida na Terra.

Agora, pela primeira vez, os cientistas observaram de perto este processo em ação. Em tempo real e em escala molecular, o cientista de materiais Vinayak Dravid, da Northwestern University, e seus colegas observaram a menor bolha de água já vista florescer aparentemente do nada.

Como eles fizeram isso? Ao aproveitar os estranhos poderes do paládio, um metal conhecido por catalisar os dois elementos sintetizar água.

“Pense no personagem de Matt Damon, Mark Watney, no filme O marciano“, Dravid diz. “Ele queimou combustível de foguete para extrair hidrogênio e depois adicionou oxigênio de seu oxigenador. Nosso processo é análogo, exceto que evitamos a necessidade de fogo e outras condições extremas. Simplesmente misturamos paládio e gases.”

Sabemos da estranha capacidade do paládio de sintetizar quantidades significativas de água em um período de tempo relativamente curto. Mas como exatamente isso funciona tem sido difícil de definir. Isso ocorre porque é difícil observar o processo nas escalas em que ocorre.

“Você realmente precisa combinar a visualização direta da geração de água e a análise da estrutura em escala atômica para descobrir o que está acontecendo”, explica o cientista de materiais Yukun Liu da Universidade Noroeste.

Para superar esse obstáculo significativo, a equipe desenvolveu uma membrana que retém moléculas dentro de minúsculas células nanorreatoras hexagonais. Isso facilita a imagem de processos moleculares usando microscopia eletrônica de transmissão, até a escala nanométrica.

Mesmo assim, os pesquisadores não tinham certeza de que a tentativa de observar diretamente a reação do paládio seria bem-sucedida. Eles adicionaram átomos de hidrogênio e oxigênio à superfície de um pedaço de paládio de 20 nanômetros de largura e usaram sua membrana para capturar a interação resultante.

Uma única molécula de água tem menos de um terço de nanômetro de diâmetro, enquanto os átomos que a constituem são muito, muito menores. Para “ver” a ligação destes pequenos compostos, os investigadores usaram uma forma de microscopia eletrônica que registrou a energia perdida pelo espalhamento de elétrons.

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Para sua surpresa, conseguiram observar, em tempo real, átomos combinando-se para formar uma pequena bolha de água na superfície do paládio.

“Achamos que pode ser a menor bolha já formada que foi vista diretamente”, Liu diz. “Não era o que esperávamos. Felizmente, estávamos gravando, para podermos provar para outras pessoas que não éramos loucos.”

Em seguida, eles experimentaram tentar agilizar o processo, adicionando os gases hidrogênio e oxigênio separadamente. Eles conseguiram determinar que o processo ocorre em duas etapas. Primeiro, os átomos de hidrogênio se comprimem na superfície do paládio, inserindo-se na rede atômica e inflando a superfície do metal, fazendo com que ele se expanda.

Então, quando o oxigênio é adicionado, o hidrogênio emerge de seus esconderijos de paládio e se funde com o oxigênio para criar gotículas de água. O paládio, entretanto, relaxa de volta ao seu estado original sem inchaço.

“O paládio pode parecer caro, mas é reciclável” Liu diz. “Nosso processo não o consome. A única coisa consumida é o gás, e o hidrogênio é o gás mais abundante no universo. Após a reação, podemos reutilizar a plataforma de paládio indefinidamente.”

É um processo tão simples e que pode ser escalonado. Tudo que você precisa é de um pedaço maior de paládio. Dado um fornecimento constante de oxigénio e hidrogénio reciclados, as moléculas de água poderiam ser construídas a partir do zero num habitat lunar, numa base em Marte, numa estação espacial ou talvez num voo espacial de longa distância até às estrelas.

Um pedaço considerável de paládio poderia complementar o abastecimento de água da Terra, onde a água é escassa e o xixi reciclado está no cardápio. Imaginamos que o suco de paládio possa ser uma mudança bem-vinda.

A pesquisa foi publicada no Anais da Academia Nacional de Ciências.