Água em nanoescala: descoberta surpreende cientistas e abre as portas para uma nova física

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Um estudo recente publicado na revista The Journal of Physical Chemistry revelou comportamentos incomuns das moléculas de água quando passam por nanoporos, tubos ultrafinos menores que dez nanômetros. Segundo a pesquisa, "uma nova física emerge: novas fases do gelo foram observadas e o transporte ultrarrápido de prótons foi medido".

Os pesquisadores analisaram os dielétricos da água, ou seja, a capacidade do líquido de armazenar e influenciar um campo elétrico quando submetido a ele. Estudar as propriedades dielétricas da água em espaços nanométricos é crucial para entender o movimento dos íons sob essas condições, tanto em sistemas biológicos quanto em materiais sintéticos.

O cientista brasileiro Marcos Calegari Andrade, do Laboratório Nacional Lawrence Livermore nos EUA e primeiro autor do artigo, explica que uma melhor compreensão da resposta dielétrica da água confinada é importante para o avanço das tecnologias de separação e outras aplicações emergentes, como armazenamento e conversão de energia.

A água, apesar de parecer simples, apresenta um conflito interno: o oxigênio, sendo mais eletronegativo que o hidrogênio, atrai os elétrons com mais força, resultando em uma carga mais negativa no oxigênio e uma carga mais positiva nos hidrogênios. Essa distribuição desigual de carga cria um dipolo, conferindo à água propriedades únicas, como ligações de hidrogênio, tensão superficial, coesão e adesão.

No entanto, ainda é um mistério por que as moléculas de água aumentam suas interações com um campo elétrico quando confinadas em nanotubos de carbono hidrofóbico. Para investigar, a equipe usou simulações computacionais com aprendizado de máquina, baseadas em leis fundamentais da física, especialmente da mecânica quântica, para prever como as propriedades dielétricas da água mudam em nanoescala.

Os resultados mostraram que, quando um campo elétrico é aplicado ao longo de um tubo extremamente fino, a água "filtra" esse campo, alinhando seus dipolos em fila, tornando-se mais eficiente em bloquear a eletricidade. "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 convencionais", conclui Calegari Andrade.

* via nexperts