Como a água conduz eletricidade?

Depois de 200 anos, cientistas testemunharam como as moléculas de água conduzem eletricidade.

Não é nenhuma surpresa que a água conduz eletricidade. Mas, apesar desse processo ser fundamental, ninguém tinha sido capaz de descobrir como ele realmente acontece em nível atômico.

Pesquisadores liderados por Mark Johnson, da Universidade de Yale, foram capazes de testemunhar as moléculas de água passando os prótons – partículas subatômicas carregadas positivamente – usando espectroscopia, um processo que permite disparar luz em moléculas e ver o que está acontecendo na parte interior.

Curiosamente, embora a água convencional seja um grande condutor de eletricidade, a água totalmente pura – raramente encontrada fora do laboratório -, não conduz eletricidade, devido à falta de elétrons livres. Mas, na natureza, praticamente toda a água se misturou com sedimentos e minerais, o que ioniza as moléculas, permitindo que corrente elétrica passe por ela.

Os pesquisadores sabiam sobre esse processo, em que o líquido passa prótons de molécula para molécula através do seu átomo de oxigênio, como uma espécie de corrida de revezamento molecular. Este processo foi descrito pela primeira vez pelo químico Theodor Grotthuss, em 1806. “É como um brinquedo da criança que fica em cima do berço, mas com uma linha de esferas de aço, cada uma suspensa por uma corda. Se você levantar uma bola para que ela atinja a linha, somente a bola final se move, deixando as outras imóveis”, disse Johnson.

Embora os pesquisadores tivessem uma boa ideia de como este mecanismo funcione na superfície, os detalhes de como exatamente isso acontece, ainda não estão claros. Assim, nos últimos 200 anos, os investigadores foram à procura de uma forma experimental para acompanhar as mudanças estruturais em moléculas de água e como elas conduzem eletricidade – algo que se provou incrivelmente desafiador.

Nos últimos anos, os pesquisadores buscaram essa resposta usando a digitalização em infravermelho para monitorar o progresso, mas os resultados pareciam fotografias borradas. “Na verdade, parecia que a indefinição era grave que nunca permitiria uma conexão convincente entre cor e estrutura”, explicou Johnson.

Para resolver isso, Johnson e sua equipe encontraram uma maneira de congelar o processo químico, de modo que os momentos do processo pudessem ser isolados e congelados, para serem observados com mais atenção. Eles usaram cinco moléculas de “água pesada” – água feita a partir do isótopo deutério de hidrogênio – e em seguida gelaram as moléculas a -273.15 graus Celsius. Essa experiência resultou em melhores imagens de prótons em movimento.

“Nós descobrimos uma espécie de Rosetta Stone que revela a informação estrutural codificada em cor”, disse Johnson. “Fomos capazes de revelar uma sequência de deformações, como os quadros de um filme”, completou. 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.

Ele também pode ajudar a explicar outros mistérios, como o longo debate sobre se a superfície da água ser mais ou menos ácida do que o resto do seu volume. Além disso, o experimento pode esclarecer outros comportamentos estranhos da água, como a capacidade de congelar no ponto de ebulição quando confinada a nanotubos de carbono.

A equipe pretende executar as experiências novamente com mais moléculas de água, assim como outras moléculas pequenas, para observar as alterações. Este tipo de investigação é a chave para a compreensão do mundo que nos rodeia. A pesquisa foi publicada na Science.

[ Science Alert ] [ Foto: Reprodução / Flickr ]