Os elétrons de uma gota de sódio e potássio transformam a água em um material metálico que conduz eletricidade.
Se você não pode transformar água em ouro como faria um bom alquimista, a próxima melhor coisa seria transformar a própria água em um material metálico brilhante. Os pesquisadores alcançaram essa façanha formando uma fina camada de água ao redor de metais alcalinos de compartilhamento de elétrons.
A água permaneceu em um estado metálico por apenas alguns segundos, mas o experimento não exigiu as altas pressões que normalmente são necessárias para transformar materiais não metálicos em metais eletricamente condutores.
O co-autor Pavel Jungwirth, físico-químico da Academia de Ciências Tcheca em Praga, diz que ver a água ganhar um brilho dourado foi um dos destaques de sua carreira. A equipe publicou suas descobertas em 28 de julho na Nature1.
“Este é um avanço muito importante”, diz Peter Edwards, químico da Universidade de Oxford, no Reino Unido. “Quem diria … bronze, água metálica?”
Não metais metálicos
Em teoria, a maioria dos materiais são capazes de se tornar metálicos se colocados sob pressão suficiente. Os átomos ou moléculas podem ser comprimidos tão fortemente que começam a compartilhar seus elétrons externos, que podem viajar e conduzir eletricidade como fazem em um pedaço de cobre ou ferro. Os geofísicos pensam que os centros de planetas massivos como Netuno ou Urano hospedam a água em tal estado metálico, e que o hidrogênio metálico de alta pressão pode até se tornar um supercondutor, capaz de conduzir eletricidade sem qualquer resistência.
Transformar água em metal dessa maneira exigiria uma pressão de 15 milhões de atmosferas, o que está fora do alcance das técnicas atuais de laboratório, diz Jungwirth. Mas ele suspeitava que a água poderia se tornar condutora de uma maneira alternativa: pegando emprestados elétrons de metais alcalinos. Esses elementos reativos do grupo 1 da tabela periódica, que inclui sódio e potássio, tendem a doar seu elétron mais externo. No ano passado, Jungwirth e seu colega Phil Mason – um químico que também é conhecido por fazer vídeos científicos no YouTube – lideraram uma equipe que demonstrou um efeito semelhante na amônia2. O fato de que a amônia pode ficar brilhante em tais condições era conhecido do químico britânico Humphry Davy no início do século XIX, ressalta Edwards.
A equipe queria tentar a mesma abordagem com água em vez de amônia, mas enfrentou um desafio: metais alcalinos tendem a reagir explosivamente quando misturados com água. A solução foi projetar uma configuração experimental que retardasse drasticamente a reação para que não fosse explosiva. Os pesquisadores encheram uma seringa com sódio e potássio, uma mistura que é líquida em temperatura ambiente, e colocaram em uma câmara a vácuo. Eles então usaram a seringa para formar gotículas da mistura de metal e as expuseram a pequenas quantidades de vapor d’água. A água condensou-se em cada gota e formou uma camada com um décimo de micrômetro de espessura. Os elétrons da gota se difundiram rapidamente na água – junto com os íons metálicos positivos – e, em alguns segundos, a camada de água ficou dourada.
O tempo é crucial
Experimentos em um síncrotron em Berlim confirmaram que os reflexos do ouro produziram as assinaturas esperadas da água metálica. A chave para evitar uma explosão, diz Jungwirth, era encontrar uma janela de tempo em que a difusão dos elétrons fosse mais rápida do que a reação entre a água e os metais. “Eles conseguiram chegar a um estado quase estacionário de modo que a física da metalização vence a decomposição química”, diz Edwards.
“Não tínhamos certeza de que iríamos encontrar”, diz Jungwirth. “Foi incrível, como [quando] você descobre um novo elemento.”
Jungwirth diz que o experimento foi uma pausa revigorante em seu trabalho diário, que é fazer simulações de computador em química orgânica, e um lembrete de que a ciência pode ser divertida. “Não é algo para o qual você possa obter dinheiro, mas algo que você pode fazer nos fins de semana”, diz ele. Não é a primeira vez que colabora com Mason em um experimento prático: em 2015, os dois pesquisadores e seus colegas revelaram o mecanismo que faz o sódio explodir ao tocar na água3 – experimento que montaram em uma varanda de seu instituto, porque eles não teve acesso a um laboratório. “Isso irritou todo mundo, porque era onde as pessoas fumavam”, lembra ele. “Dissemos: poderíamos ter a varanda para explosões?”
Publicado em 31/07/2021 21h46
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