No so s os opostos que se atraem

Energia

Redação do Site Inovação Tecnológica – 05/03/2024

Cargas semelhantes se atraem

Ns aprendemos nas primeiras aulas de cincia que cargas eltricas de mesma carga se repelem, enquanto cargas opostas se atraem.

Mas o mundo real mais complicado do que isso: J sabemos, por exemplo, que cargas iguais tambm se atraem na gua e que a Lei de Coulomb pode falhar em nanoescala.

Agora, Sida Wang e colegas da Universidade de Oxford, no Reino Unido, demonstraram que micropartculas com carga semelhante s vezes podem se atrair, em vez de se repelir mutuamente.

Mais especificamente, a equipe descobriu que partculas com cargas semelhantes suspensas em lquidos podem atrair umas s outras em uma interao de longo alcance, dependendo do solvente e do sinal da carga – o efeito diferente para partculas carregadas positiva e negativamente, dependendo do solvente.

A descoberta tem implicaes imediatas para processos que envolvem interaes em soluo em vrias escalas de tamanho, incluindo automontagem de partculas, cristalizao de materiais e separao de fases.

O sinal da fora de longo alcance depende do sinal da carga das partculas em interao.
[Imagem: Sida Wang et al. – 10.1038/s41565-024-01621-5]

Carga, repulso eletrosttica, solvente e pH

Os experimentos mostraram que partculas carregadas negativamente atraem umas s outras mesmo separadas por grandes distncias, enquanto partculas carregadas positivamente se repelem – e o inverso acontece com solventes como lcoois.

Usando uma tcnica especial de microscopia, a equipe rastreou micropartculas de slica com carga negativa suspensas em gua e verificou que as partculas se atraem para formar aglomerados dispostos hexagonalmente – partculas de slica aminada carregadas positivamente, entretanto, no formaram aglomerados em gua.

Isso surpreendente porque parece contradizer o princpio eletromagntico central, de que a fora entre cargas do mesmo sinal repulsiva em todas as separaes.

A equipe foi buscar ajuda em uma teoria de interaes interpartculas que considera a estrutura do solvente na interface, e encontrou a seguinte explicao: Para partculas carregadas negativamente na gua, existe uma fora atrativa que supera a repulso eletrosttica em grandes separaes, levando formao de aglomerados. Para partculas carregadas positivamente na gua, esta interao impulsionada pelo solvente sempre repulsiva e no se formam aglomerados.

Esse efeito inesperado tambm depende do pH: possvel controlar a formao ou no de aglomerados de partculas carregadas negativamente variando o pH. De novo, no importando o pH, as partculas carregadas positivamente no formaram aglomerados.

A fora de solvatao dependente da carga pode impulsionar a formao de condensados biomoleculares.
[Imagem: Sida Wang et al. – 10.1038/s41565-024-01621-5]

Recalibrao fundamental

Naturalmente, a equipe se perguntou se o efeito sobre as partculas carregadas poderia ser alterado, de modo que as partculas carregadas positivamente possam ser induzidas a formar aglomerados e as negativas no. Ao mudar o solvente para lcoois, como o etanol, que tem um comportamento de interface diferente da gua, foi exatamente isso que aconteceu: Partculas de slica aminada com carga positiva formaram aglomerados hexagonais, enquanto a slica com carga negativa no.

Segundo os pesquisadores, esta descoberta implica uma recalibrao fundamental na compreenso dos processos envolvendo partculas eletricamente carregadas, uma alterao que ir influenciar o modo como lidamos com processos to diferentes quanto a estabilidade de produtos farmacuticos e de qumica fina ou o mau funcionamento patolgico associado agregao molecular nas doenas humanas.

Os resultados tambm fornecem indcios da capacidade de sondar propriedades do potencial eltrico interfacial devido ao solvente, como seu sinal e magnitude, que antes eram considerados imensurveis.

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