Ryan McMullen nunca tinha ouvido falar da Faculdade de Letras, Artes e Ciências da USC Dornsife quando começou a procurar um programa de graduação em química. Mas, por recomendação de um de seus professores, ele enviou um e-mail ao professor de química da faculdade, Stephen Bradforth, propondo um experimento para descobrir o que faz um metal realmente um metal.
A proposta não se tornaria apenas a tese de seu doutorado, mas um grande avanço científico.
A proposta de McMullen não foi uma venda fácil. O experimento seria caro e possivelmente perigoso.
Os acadêmicos que McMullen contatou em outras universidades de pesquisa dos EUA disseram a ele que tinham financiamento para sua própria pesquisa, mas não para a dele. Mas Bradforth teve uma resposta diferente.
“Ele disse: ‘Eu não tenho financiamento para sua ideia, mas se você vier aqui, podemos escrever uma proposta de financiamento juntos'”, disse McMullen, que na época estava terminando seus estudos de graduação na Universidade de Bristol, na Inglaterra.
Bradforth não apenas ajudou McMullen a garantir o financiamento, priorizando-o para o apoio da National Science Foundation em relação à continuação de outros projetos, mas também reuniu uma equipe internacional de cientistas e organizou seu período sabático para supervisionar e participar das principais experiências. Ele também se tornou Ph.D. conselheiro de McMullen.
Bradforth reconfigurou seu laboratório para proteger seus cientistas. O experimento exigiu amônia líquida, que pode ser levemente tóxica, e metal alcalino, que pode explodir se tocar a água.
“Meu laboratório parece diferente por causa disso”, observou Bradforth, que também é reitor da divisão de ciências naturais e matemática.
O esforço valeu a pena o resultado. O experimento descobriu algo que são “o tipo de coisa que acontece nos livros didáticos, ou pelo menos muda a maneira como os livros são escritos”, disse Bradforth, observando a importância potencialmente histórica do trabalho. Também ganharia a distinção cobiçada de ser a capa de 5 de junho da revista Science.
Indo cheio de metal
O projeto analisou uma questão fundamental: quais propriedades são inerentes a um metal e quais são incidentais?
A intuição sugere que os metais são densos e, embora sejam verdadeiros para alguns (pense em ouro ou chumbo), eles não conseguem sustentar outros. Por exemplo, o lítio – comumente usado em baterias – flutua na água. Alguns metais são duros, como o titânio, enquanto outros cedem facilmente à pressão, incluindo índio e alumínio. Que tal a temperatura de fusão? A platina derrete a mais de 1.700 graus Celsius (3.200 F), mas o mercúrio é um líquido bem abaixo de zero.
Muitas outras definições de ‘capa de metal’ sofrem contradições semelhantes, mas apenas os metais são capazes de conduzir eletricidade. A condução, diferentemente da densidade ou dureza, é uma propriedade inerente a todos os metais.
Procurando entender melhor as propriedades intrínsecas dos metais, Bradforth, McMullen e seus colegas usaram um truque observado pela primeira vez pelo químico Sir Humphry Davy em 1809. Em essência, eles fizeram um metal a partir do zero.
Os cientistas resfriaram a amônia – normalmente um gás à temperatura ambiente – para menos de 33 ° C para liquefazê-la e depois adicionaram, em experimentos separados, os metais alcalinos lítio, sódio e potássio.
Nessas soluções, os elétrons do metal alcalino ficam inicialmente presos nas lacunas entre as moléculas de amônia. Isso cria o que os cientistas chamam de “elétrons solvatados”, que são altamente reativos, mas estabilizados na amônia. Essas soluções têm uma cor azul característica. Mas, considerando-se elétrons solvatados suficientes, todo o líquido vira bronze e, em essência, se torna um metal enquanto permanece líquido.
Os elétrons solvatados provaram ser importantes para os químicos orgânicos. Por meio de uma reação chamada “redução de bétula”, batizada em homenagem ao químico Arthur Birch, eles foram essenciais para sintetizar muitos compostos importantes e levaram à fabricação de contraceptivos orais na década de 1950.
Irradiando elétrons
Em seguida, os cientistas mediram a quantidade de energia necessária para extrair os elétrons solvatados da amônia metálica usando um feixe de raios X extremamente brilhante e focado, com sede em Berlim.
Em um primeiro experimento, eles forçaram diferentes concentrações de amônia metálica através de um microjato, que criou um fluxo da largura de um fio de cabelo humano que passou por um raio de raio-X fino como um fio de cabelo.
Os resultados mostraram que, em baixas concentrações, os elétrons solvatados foram mais facilmente desalojados da solução pela interação com os raios X, fornecendo um padrão de energia simples. Em concentrações mais altas, no entanto, o padrão de energia de repente desenvolveu uma borda aguda da banda, indicando que a solução estava se comportando como um metal.
Embora as implicações práticas do resultado precisem de mais pesquisas, o experimento abre uma nova janela para os químicos sintetizar compostos orgânicos importantes. Assim como a redução de Birch levou a contraceptivos orais, esse experimento também poderia levar a novos compostos para uso em um número incontável de maneiras.
Jersey Boy
McMullen, natural de Jersey (o original europeu, não o estado vizinho de Nova York), planeja retornar ao seu laboratório na USC Dornsife dentro de algumas semanas. Mas ele não deixou a pandemia do COVID-19 atrasá-lo. Sempre curioso sobre como a eletrônica funciona, ele vem realizando experimentos – com segurança, é claro – em seu apartamento em Long Beach, Califórnia, usando componentes que ele comprou no e-Bay.
Depois de concluir seu doutorado, McMullen, o primeiro de sua família a cursar uma faculdade, planeja buscar uma bolsa de pós-doutorado, embora não tenha certeza de onde ou em que se concentrará. Ele sabe, no entanto, que quer permanecer na academia. Onde quer que ele aterrissar, é quase certo que o mundo da química o ouvirá novamente.
“Eu gosto de fazer coisas exóticas.”
Publicado em 29/06/2020 04h28
Artigo original:
Estudo original:
Achou importante? Compartilhe!
Assine nossa newsletter e fique informado sobre Astrofísica, Biofísica, Geofísica e outras áreas. Preencha seu e-mail no espaço abaixo e clique em “OK”: