Em algum momento da vida você deve ter ouvido falar nos estados físicos da matéria. Seguindo os conceitos químicos, é possível estar líquido, sólido ou gasoso. No entanto, pesquisadores internacionais apontam que há uma nova categoria: o estado híbrido. Ele ocorre quando nem todos os átomos do líquido estão em movimento e alguns ficam parados, independente da temperatura, criando um “cercado” e impactando o processo de solidificação.
A descoberta foi liderada por cientistas da Universidade de Nottingham, na Inglaterra, e da Universidade de Ulm, na Alemanha. Os resultados foram publicados nesta terça-feira (9/12) na revista científica ACS Nano.
O estudo de átomos em estado líquido é algo extremamente desafiador. Eles se movem de uma forma muito complexa, como uma multidão agitada, interagindo entre si constantemente e rapidamente. Por isso, há dificuldade para investigar o comportamento deles, principalmente quando estão passando para o estado sólido, uma fase importante para determinar a estrutura e propriedades funcionais do material.
Para identificar o novo estado, em uma folha fina de grafeno quente foram colocadas nanogotas de metais derretidos, como platina, ouro e paládio. Em seguida, a própria placa de grafeno aqueceu as partículas e, à medida que derretiam, os átomos se moveram rapidamente. No entanto, algo surpreendeu os cientistas: mesmo a maioria se movendo com velocidade, alguns ficaram estacionários.
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Buscando observar melhor o fenômeno, foi utilizada a microscopia eletrônica de transmissão, um método microscópico que usa feixe de elétrons ao invés de luz, permitindo a geração de imagens bem mais detalhadas de amostras nanométricas. Assim, os cientistas identificaram que os átomos parados estavam grudados em falhas no grafeno.
Ainda foi possível criar mais falhas através da microscopia eletrônica e controlar quantos átomos ficariam presos. “Essa observação notável nos permitiu descobrir uma nova fase da matéria”, exalta o coautor do artigo, Ute Kaiser, em comunicado.
“Cercadinho” do estado híbrido atrapalha solidificação
Durante o estudo, também foi possível observar a influência do estado híbrido no processo de solidificação: quando havia um pequeno número de átomos estacionários, o material formava um cristal normalmente, que crescia até solidificar tudo. Já quando havia muitos, a mudança de estado era atrapalhada, com o cristal não crescendo e o material podendo ficar líquido mesmo estando na temperatura correta.
“O efeito é particularmente impressionante quando átomos estacionários criam um anel que envolve o líquido. Uma vez que o líquido fica preso nesse cercado atômico, ele pode permanecer em estado líquido mesmo em temperaturas significativamente abaixo de seu ponto de congelamento, que para a platina pode ser de apenas 350 ºC — ou seja, mais de 1 mil graus célsius abaixo do que é normalmente esperado”, explica o coautor do artigo, Andrei Khlobystov.
Quando acontece o “cercadinho atômico”, ele atrapalha o crescimento, organização e a formação do cristal, formando um sólido amorfo altamente instável – material sólido sem estrutura atômica ordenada. Se o anel de átomos é rompido, o material consegue se tranformar em uma estrutura cristalina normal.
Na prática, a descoberta do novo estado de materiais pode ajudar a explicar como certos catalisadores (substâncias que aceleram uma reação química), como a platina, podem ter variações de eficiência e durar menos ou mais tempo. A manipulação de átomos também pode auxiliar no uso mais eficiente de metais raros em tecnologias limpas, como o armazenamento de energia.
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