Um novo estudo experimental aborda o mistério não resolvido das ‘nanobolhas’

Um novo estudo experimental aborda o mistério não resolvido das 'nanobolhas'

Esquema de nanobolhas de Xe obtidas por Simulações de Dinâmica Molecular. O evento de formação corresponde a uma alta concentração de Xe (cerca de 30 moléculas de água por átomo). Crédito: Jaramillo-Granada, Reyes-Figueroa & Ruiz-Suarez.

As nanobolhas são cavidades gasosas extremamente pequenas (ou seja, nanoscópicas) que alguns físicos observaram em soluções aquosas, tipicamente depois que substâncias específicas foram dissolvidas nelas. Enquanto alguns estudos relataram a observação dessas bolhas incrivelmente pequenas, alguns cientistas argumentaram que elas são apenas resíduos sólidos ou oleosos formados durante os experimentos.

Pesquisadores do Centro de Investigación y de Estudios Avanzados Unidad Monterrey e do Centro de Investigación en Matemáticas Unidad Monterrey, no México, realizaram recentemente um experimento destinado a investigar ainda mais a natureza desses objetos indescritíveis e misteriosos, especificamente quando o xenônio e o criptônio foram dissolvidos em água. Seu estudo, apresentado em Cartas de Revisão Físicaidentificou a formação do que a equipe chama de “nanoblobs”, mas não encontrou evidências de nanobolhas.

“Nosso objetivo era criar nanobolhas de xenônio e criptônio usando um método limpo”, disse Carlos Ruiz Suarez, um dos pesquisadores que realizaram o estudo, ao Phys.org. “Devo dizer que muitos cientistas afirmam que as nanobolhas, apesar de seu uso em muitas aplicações, não existem. Em vez disso, acredita-se que sejam contaminantes de óleo/sólido formados durante os experimentos.”

Para resolver o “mistério” das nanobolhas, Ruiz Suarez e seus colegas criaram um método “limpo” que teoricamente deveria permitir a produção de nanobolhas “reais”. Este método consistia em dissolver os dois gases nobres xenônio e criptônio em água, aplicando alta pressão a eles, e então despressurizando e inspecionando o líquido resultante.

A equipe avaliou os resultados deste procedimento em ambos simulações de dinâmica molecular (MDSs) e experimentos de laboratório. Enquanto eles realmente observaram partículas semelhantes a nanobolhas, quando analisaram essas partículas, ficaram surpresos ao descobrir que eram provavelmente estruturas amorfas de gás-água, em vez de bolhas gasosas.

“Para reunir os átomos nobres para nucleação em bolhas, precisávamos aumentar suas concentrações no meio aquático”, explicou Ruiz Suarez. “Ao realizar MDSs, descobrimos que as proporções corretas entre moléculas de água e os átomos nobres ficaram em torno de 30 moléculas de água/átomo. Assim, precisávamos construir uma célula de alta pressão para forçar os átomos a se dissolverem na água, empurrando o gás para dentro.”

Um novo estudo experimental aborda o mistério não resolvido das 'nanobolhas'

A experiência de centrifugação e o tempo de chegada dos colóides à superfície da água em função da diferença de densidade. Quando isso é zero, o tempo diverge. Crédito: Jaramillo-Granada, Reyes-Figueroa & Ruiz-Suarez, PRL (2022).

Xenônio e criptônio são dois gases hidrofóbicos. Isso significa que eles só podem entrar na água e soluções aquosas sob grandes quantidades de pressão (acima de 360 ​​bar ou atmosferas). Uma vez que eles entram na água, no entanto, eles podem se unir através das forças hidrofóbicas e de van der Waals.

“Atualmente não há como ver dentro da célula, mas supomos que as bolhas existiam porque acreditávamos em nossos MDSs”, disse Ruiz Suarez. “O próximo passo do nosso trabalho foi despressurizar a amostra e ver as bolhas. Porém, para nossa grande surpresa, não havia bolhas, e sim outra coisa: nanoestruturas formadas por gás e água, que chamamos de nanoblobs. São estruturas sui generis que dão origem a hidratos de clatratos.”

A existência de nanobolhas continua a ser um tema debatido na física de partículas e o trabalho recente desses pesquisadores pode ajudar a resolver esse mistério. Assim como o xenônio e o criptônio, muitos outros gases usados ​​para formar nanobolhas também podem formar hidratos de clatrato (ou seja, estruturas de água com moléculas dentro delas). No geral, as descobertas da equipe sugerem que o que muitos estudos anteriores identificaram como “nanobolhas” podem ser essas nanoestruturas amorfas formadas por hidratos de clatrato.

“É importante observar que quando uma teoria física existente não pode explicar as descobertas experimentais, os físicos gostam de chamá-la de catástrofe”, disse Ruiz Suarez. “Como as nanobolhas têm alta pressão dentro delas (quanto menores, maior a pressão), a teoria diz que sua vida útil é muito curta (da ordem de microssegundos). No entanto, as observações revelaram que elas existem por muito mais tempo, então isso foi chamado de Catástrofe da Bolha de Pressão de Laplace.”

Se as descobertas coletadas por essa equipe de pesquisadores forem válidas e confiáveis, poderão contribuir muito para a compreensão atual das nanobolhas. Essencialmente, suas descobertas sugerem que a Catástrofe da Bolha de Pressão de Laplace não existe, pois as “nanobolhas” observadas anteriormente são “nanoblobs”, ou estruturas alternativas resultantes de hidratos de clatrato em gases usados ​​experimentalmente.

“Agora estamos construindo um aparato experimental que nos permitirá ver o interior da célula e observar as nanobolhas em alta pressão”, disse Ruiz Suarez. “Gostaríamos de ver a evolução deles quando diminuímos a pressão e o momento em que se transformam em hidratos de clatrato. Enquanto isso, também estudamos outros gases importantes como oxigênio e dióxido de carbono.”


O mistério das nanobolhas resolvido


Em formação:
Angela M. Jaramillo-Granada et al, Xenon e Krypton Dissolvidos em Nanoblobs em Forma de Água: Nenhuma Evidência de Nanobolhas, Cartas de Revisão Física (2022). DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.094501

© 2022 Science X Network

citações: Um novo estudo experimental aborda o mistério não resolvido de ‘nanobubbles’ (2022, 13 de setembro) recuperado em 14 de setembro de 2022 em https://phys.org/news/2022-09-experimental-tackles-unsolved-mystery-nanobubbles.html

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