Andrey Geim e Konstantin Novoselov descobriram como tornar a água "morta" e privá-la de suas propriedades únicas de dissolução, fazendo experiências com os melhores "sanduíches" de grafite e nitreto de boro, de acordo com um artigo publicado na revista Science.
"Água morta" não é apenas um fenômeno científico interessante, sua descoberta tem aplicações bastante específicas para outras ciências, especialmente a biologia. Isso nos ajudará a entender por que a água é tão importante para a existência da vida. Considerando o papel que a água desempenha na formação das moléculas de proteínas, podemos dizer que finas camadas de água são os escultores da vida no sentido literal e figurativo ", diz Andrey Geim, da Universidade de Manchester (Reino Unido).
A água, como explicam os cientistas, hoje continua sendo uma das substâncias mais misteriosas da Terra. Ao contrário dos "vizinhos" na tabela periódica, a combinação de hidrogênio com oxigênio tem um ponto de ebulição e congelamento anormalmente alto, capacidade de calor incomum e a capacidade de dissolver um grande número de compostos orgânicos e inorgânicos.
Essa "habilidade" da água, por sua vez, está associada a sua outra propriedade física - um momento de dipolo elétrico alto. Com essa palavra, os cientistas entendem como as cargas positivas e negativas são distribuídas por toda a molécula. As moléculas de água têm um momento de dipolo muito alto, pois os elétrons nelas são "atraídos" pelo átomo de oxigênio, enquanto os átomos de hidrogênio carregados positivamente, ao contrário, são removidos deles.
Os cientistas há muito se perguntam se ele retém essas propriedades nos casos em que as moléculas de água são empilhadas em algumas camadas ou se mudam para algo completamente diferente.
Game, Novoselov e seus colegas universitários resolveram esse problema experimentando "sanduíches" peculiares montados a partir de placas de grafite ultrafinas e filmes de nitreto de boro bidimensionais, estruturados da mesma forma que o grafeno, por cuja descoberta os físicos russo-britânicos receberam o Prêmio Nobel em 2010.
Usando uma folha de grafite como "base", os cientistas colocaram filmes de nitreto de boro em cima dela de tal forma que eles conseguiram uma espécie de "casa" com muitos "cômodos" separados com várias dezenas de nanômetros de largura e altura. Graças a isso, um número muito pequeno de moléculas de água poderia entrar em tais fendas, o que permitiu a Geim e sua equipe medir com muita precisão seu dielétrico e outras propriedades físicas.
Para fazer isso, os cientistas trouxeram a agulha de um microscópio de força atômica supersensível para cada uma dessas "salas" e observaram como o campo elétrico penetrava através do "sanduíche" de materiais semicondutores planos e água, mudando a altura e a largura de toda essa estrutura.
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Como essas observações mostraram, as propriedades do líquido mudavam dramaticamente se a espessura de sua camada se aproximasse da marca de dois nanômetros. Nesse caso, a água ficou "morta" e perdeu suas incríveis propriedades dielétricas e deixou de ser um solvente universal.
“Sabíamos que as propriedades de camadas finas de água seriam muito diferentes de como um líquido 'normal' se comporta, mas não sabíamos como. Ficamos muito surpresos ao ver que eles eram realmente diferentes, mas não na direção que esperávamos - pequenas quantidades de água tinham um grau de polarização extremamente baixo, não muito alto”, acrescenta Laura Fumagalli, colega de Geim.
Tal descoberta, conforme observado pelo físico russo-britânico, é muito importante no contexto do estudo da evolução da vida e da busca por outros humanos, uma vez que filmes finos feitos de água podem desempenhar um papel importante na evolução das primeiras moléculas químicas complexas, incluindo o DNA, e na vida dos primeiros habitantes. Terra.
