Cientistas finalmente descobrem como a água conduz eletricidade

É um momento livro séculos na tomada de: mais de 200 anos depois de os cientistas começaram a investigar como as moléculas de água conduz eletricidade, uma equipe finalmente testemunhou isso acontecendo em primeira mão. Não é nenhuma surpresa que a maioria naturalmente ocorrendo água conduz eletricidade incrivelmente bem – isso é um fato a maioria de nós foram ensinados desde a escola primária. Mas, apesar de quão fundamental é o processo, ninguém tinha sido capaz de descobrircomoele realmente acontece em nível atômico.

“Este processo fundamental em química e biologia iludiu uma explicação empresa”,disse um membro da equipe, Anne McCoy, da Universidade de Washington. “E agora temos a peça que faltava que nos dá a foto maior:. Como prótons essencialmente” movimento “através da água”

Os pesquisadores, liderados por Mark Johnson, da Universidade de Yale, foram capazes de testemunhar as moléculas de água que passam ao longo prótons – partículas subatômicas carregadas positivamente – usando espectroscopia, um processo que permite aos pesquisadores para disparar a luz em moléculas e ver o que está acontecendo lá dentro.

Curiosamente, embora a água que você vê no mundo ao seu redor é um grande condutor de electricidade, água totalmente pura, o que raramente é encontrada fora do laboratório, na verdade, não conduz eletricidade, devido à sua falta de elétrons livres.

Mas, na natureza, praticamente toda a água tenha misturado com sedimentos e minerais, que ioniza as moléculas de água e lhes permite conduzir corrente.

Até agora, todos os pesquisadores realmente sabia sobre esse processo foi que H2O passa prótons de molécula para molécula através do seu átomo de oxigénio, como uma espécie de corrida de revezamento molecular.

Este processo é chamado omecanismo Vilnius, e foi descrito pela primeira vez pelo químico Theodor Grotthuss em 1806.

“Os átomos de oxigênio não precisa mover muito em tudo”,disse Johnson. “É tipo como berço de Newton -. Brinquedo da criança com uma linha de esferas de aço, cada um suspenso por uma corda Se você levantar uma bola para que ela atinge a linha, somente a bola final se afasta, deixando os outros sem se perturbar. “

Você pode ver uma ilustração do mecanismo Grotthuss no gif abaixo:

Mas até recentemente, este gif era tão detalhado quanto o nosso entendimento foi. Embora os pesquisadores tinha uma boa ideia de como este mecanismo trabalhou na superfície, os detalhes de exatamentecomoisso aconteceu permaneceram frustrantemente escuro.

Assim, nos últimos 200 anos, os investigadores foram à procura de uma forma experimental para acompanhar as mudanças estruturais em moléculas de água como eles conduzem eletricidade – algo que provou incrivelmente desafiador.

Nos últimos anos, os pesquisadores têm tentado fazer isso usando a digitalização de infravermelho para monitorar o progresso, mas os resultados saíram parecendo uma fotografia borrada, com nenhum detalhe discernível.

“Na verdade, parecia que esta indefinição seria demasiado grave para nunca permitir uma conexão convincente entre cor e estrutura”,explicou Johnson.

Para descobrir isso uma vez por todas, Johnson e sua equipe descobriram uma maneira de fast-congelar o processo químico, de modo que os momentos de instantâneo no processo pode ser isolado e congelado no tempo, permitindo-lhes obter um olhar mais atento.

Eles usaram cinco moléculas de “água pesada” – água feitos a partir do isótopo deutério de hidrogênio – e, em seguida gelou as moléculas para perto de zero absoluto (-273.15 graus Celsius ou -459.67 graus Fahrenheit).

Quando eles fizeram isso, ele abrandou tudo para baixo, e de repente as imagens dos prótons em movimento tornou-se muito mais clara.

“Em essência, nós descobrimos uma espécie de Rosetta Stone que revela a informação estrutural codificado em cor,”disse Johnson. “Fomos capazes de revelar uma sequência de deformações concertadas, como os quadros de um filme.”

O novo entendimento vai proporcionar uma visão fundamental para a condutividade da água – um fenômeno que nos mantém vivos, e é crucial para muitas reações químicas na Terra.

Mas também pode ajudar a explicar outros mistérios lá fora, como o longo debate sobre se a superfície da água é mais ou menos ácido do que o resto do seu volume. Esta técnica de imagem nova poderia responder a essa pergunta uma vez por todas.

Ele também pode lançar alguma luz sobre algumas das outras recentemente descoberto comportamentos estranhos de água, tais como a presença de um segundo misteriosafase líquida , e sua capacidade estranho para congelar no ponto de ebulição quando confinado a nanotubos de carbono.

A equipe agora quer para executar as experiências de novo com mais moléculas de água, assim como outras moléculas pequenas, para ver como alterações da condutibilidade.

Pode parecer inútil espiando tão profundamente em processos que já sabia que existia, mas este tipo de investigação fundamental é a chave para a compreensão do mundo que nos rodeia.

Afinal de contas, é só quando realmente sabe como a matéria se comporta no menor nível que nós vamos ter a chance de descobrir o resto do Universo. E água, apesar de como onipresente que é, é um dos mais estranhos moléculas lá fora. Quanto mais você sabe…