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Um dos recursos mais simples da natureza, a água se torna complexa quando se trata de entender a extrema complexidade da ligação de hidrogênio entre suas moléculas. Ainda não completamente entendidos pelos cientistas, esses vínculos resultantes da interação hidrogênio/oxigênio envolvem fenômenos quânticos, só compreendidos por meio de simulações teóricas.
A maior dificuldade é o tempo de vida, extremamente curto, dessas ligações H em água líquida, que se formam e se quebram em um milionésimo de milionésimo de segundo. Além disso, seu comportamento dinâmico, próprio da movimentação das moléculas de água, dificulta o estudo detalhado dessas interligações.
Em um estudo recente, publicado na revista Science, pesquisadores do Instituto Federal Suíço de Tecnologia de Lausanne (EPFL) divulgaram um novo método, chamado espectroscopia vibracional correlacionada (CVS na sigla em inglês), que poderá finalmente revelar os misteriosos efeitos quânticos eletrônicos e nucleares das ligações H na água líquida.
Compreendendo as ligações de hidrogênio na água via CVS
Em um comunicado de imprensa, a coautora Sylvie Roke, professora do EPFL, explica que “Os métodos atuais de espectroscopia medem a dispersão da luz laser causada pelas vibrações de todas as moléculas em um sistema, então você tem que adivinhar ou assumir que o que você está vendo é devido à interação molecular na qual você está interessado“.
A CVS, por outro lado, entrega uma análise mais detalhada e precisa da dinâmica e estrutura, ao revelar os diferentes padrões vibracionais dos diversos tipos de molécula de água. Esses padrões mostram como uma determinada molécula se move dentro das ligações H. Assim, os pesquisadores conseguem aferir a força das ligações, por meio da medição direta da quantidade de carga compartilhada entre os átomos de hidrogênio e oxigênio.
Para os autores do estudo, embora compreendamos que o compartilhamento de cargas é um traço característico da rede tridimensional de ligações H, os fenômenos quânticos no coração de tais redes até agora foram compreendidos apenas por meio de simulações teóricas, segundo o estudo.
Funcionamento da CVS na água e em outros produtos
Doutoranda Eksha Chaudhary com a configuração de espectroscopia vibracional correlacionada.Fonte: Jamani Caillet/Divulgação
Em comunicado, a equipe explica que, para distinguir as moléculas interativas e não interativas, “os cientistas iluminaram água líquida com pulsos de laser de femtossegundos [um quatrilionésimo de segundo] no espectro infravermelho próximo”. Essas rajadas curtas de luz na água provocam a emissão de luz visível em padrões que mostram a organização espacial das moléculas e seus deslocamentos atômicos.
Conforme o primeiro autor do artigo, Mischa Flôr, o uso da CVS permite medições precisas que nunca poderiam ter sido feitas experimentalmente. Por exemplo, quanta carga extra os íons de hidróxido doam para as redes de ligação H (8%) e quanta carga os prótons aceitam (4%).
Mas a coisa não para por aí, pois a CVS pode também ser usada para estudar outros produtos químicos em escala molecular, propõem os autores.