Gelo de fogo pode ser feito com nanopartículas e uma pitada de entropia

Redação do Site Inovação Tecnológica - 05/06/2023

O gelo de fogo artificial poderá ter partículas funcionalizantes (em vermelho), o que deverá mudar suas propriedades.
[Imagem: Sangmin Lee/Glotzer Group]

Como fabricar gelo de fogo

Em 2012, um pesquisador brasileiro ajudou a descobrir que a entropia pode criar nanoestruturas complexas, efetivamente criando ordem, o que é o contrário do que normalmente se espera da entropia.

Além de permitir a criação do cristal mais complexo do mundo, isso levou a equipe a descobrir, uma década mais tarde, que a entropia junta as nanopartículas assim como as ligações químicas juntam átomos.

Agora, em um novo trabalho de simulação computadorizada, eles descobriram que nanopartículas bipiramidais - como duas pirâmides curtas de três lados unidas em suas bases - formarão estruturas semelhantes às do gelo de fogo se forem colocadas em uma caixa com o tamanho adequado.

O gelo de fogo é constituído por moléculas de água que formam gaiolas em torno do metano, o que permite que ele queime e derreta ao mesmo tempo. Essa substância é encontrada em abundância no fundo do oceano e é um exemplo de clatrato. Estruturas de clatratos estão sendo investigadas para uma variedade de aplicações, como captura e remoção de dióxido de carbono da atmosfera ou como uma nova forma de combustível.

A descoberta da equipe aumenta esse interesse porque agora passa a ser possível alterar a estrutura dos clatratos e selecionar as substâncias que serão armazenadas em seu interior.

As simulações feitas pela equipe deverão guiar os experimentalistas na sintetização de novas substâncias.
[Imagem: Sangmin Lee et al. - 10.1038/s41557-023-01200-6]

Entropia compartimentalizada

O pesquisador Sangmin Lee pegou os três cantos centrais de cada bipirâmide e descobriu o ponto ideal onde emergem espaços na estrutura. Para isso, os lados das pirâmides precisam continuar intactos o suficiente para não começarem a se organizar de maneira diferente. Basta então adicionar uma segunda molécula com outro formato, e essa molécula é capturada no vão livre entre as pirâmides.

"O que é realmente fascinante, olhando para as simulações, é que a rede hospedeira está quase congelada. As partículas hospedeiras se movem, mas todas se movem juntas como um único objeto rígido, exatamente o que acontece com os clatratos de água. Mas as partículas hóspedes ficam girando como loucas, o sistema despeja toda a entropia nas partículas convidadas," disse a professora Sharon Glotzer, da Universidade de Michigan, nos EUA .

Além do mais, quando os pesquisadores removeram as partículas hóspedes, a estrutura lançou bipirâmides que faziam parte da estrutura da gaiola em rede para o interior da gaiola - era mais importante ter partículas giratórias disponíveis para maximizar a entropia do que ter gaiolas completas.

"É uma compartimentalização da entropia. Não é legal? Aposto que isso acontece em outros sistemas também - não apenas nos clatratos," concluiu Glotzer.

Mais tópicos