A descoberta, feita por estudantes de graduação, mereceu a capa da revista onde o artigo foi publicado.
[Imagem: Zhang Kang]
Cargas semelhantes se atraem
Nós aprendemos nas primeiras aulas de ciência que cargas elétricas de mesma carga se repelem, enquanto cargas opostas se atraem.Mas o mundo real é mais complicado do que isso: Já sabemos, por exemplo, que cargas iguais também se atraem na água e que a Lei de Coulomb pode falhar em nanoescala.
Agora, Sida Wang e colegas da Universidade de Oxford, no Reino Unido, demonstraram que micropartículas com carga semelhante às vezes podem se atrair, em vez de se repelir mutuamente.
Mais especificamente, a equipe descobriu que partículas com cargas semelhantes suspensas em líquidos podem atrair umas às outras em uma interação de longo alcance, dependendo do solvente e do sinal da carga - o efeito é diferente para partículas carregadas positiva e negativamente, dependendo do solvente.
A descoberta tem implicações imediatas para processos que envolvem interações em solução em várias escalas de tamanho, incluindo automontagem de partículas, cristalização de materiais e separação de fases.
O sinal da força de longo alcance depende do sinal da carga das partículas em interação.
[Imagem: Sida Wang et al. - 10.1038/s41565-024-01621-5]
Carga, repulsão eletrostática, solvente e pH
Os experimentos mostraram que partículas carregadas negativamente atraem umas às outras mesmo separadas por grandes distâncias, enquanto partículas carregadas positivamente se repelem - e o inverso acontece com solventes como álcoois.Usando uma técnica especial de microscopia, a equipe rastreou micropartículas de sílica com carga negativa suspensas em água e verificou que as partículas se atraem para formar aglomerados dispostos hexagonalmente - partículas de sílica aminada carregadas positivamente, entretanto, não formaram aglomerados em água.
Isso é surpreendente porque parece contradizer o princípio eletromagnético central, de que a força entre cargas do mesmo sinal é repulsiva em todas as separações.
A equipe foi buscar ajuda em uma teoria de interações interpartículas que considera a estrutura do solvente na interface, e encontrou a seguinte explicação: Para partículas carregadas negativamente na água, existe uma força atrativa que supera a repulsão eletrostática em grandes separações, levando à formação de aglomerados. Para partículas carregadas positivamente na água, esta interação impulsionada pelo solvente é sempre repulsiva e não se formam aglomerados.
Esse efeito inesperado também depende do pH: É possível controlar a formação ou não de aglomerados de partículas carregadas negativamente variando o pH. De novo, não importando o pH, as partículas carregadas positivamente não formaram aglomerados.
A força de solvatação dependente da carga pode impulsionar a formação de condensados biomoleculares.
[Imagem: Sida Wang et al. - 10.1038/s41565-024-01621-5]
Recalibração fundamental
Naturalmente, a equipe se perguntou se o efeito sobre as partículas carregadas poderia ser alterado, de modo que as partículas carregadas positivamente possam ser induzidas a formar aglomerados e as negativas não. Ao mudar o solvente para álcoois, como o etanol, que tem um comportamento de interface diferente da água, foi exatamente isso que aconteceu: Partículas de sílica aminada com carga positiva formaram aglomerados hexagonais, enquanto a sílica com carga negativa não.Segundo os pesquisadores, esta descoberta implica uma recalibração fundamental na compreensão dos processos envolvendo partículas eletricamente carregadas, uma alteração que irá influenciar o modo como lidamos com processos tão diferentes quanto a estabilidade de produtos farmacêuticos e de química fina ou o mau funcionamento patológico associado à agregação molecular nas doenças humanas.
Os resultados também fornecem indícios da capacidade de sondar propriedades do potencial elétrico interfacial devido ao solvente, como seu sinal e magnitude, que antes eram considerados imensuráveis.
Bibliografia:
Artigo: A charge-dependent long-ranged force drives tailored assembly of matter in solution
Autores: Sida Wang, Rowan Walker-Gibbons, Bethany Watkins, Melissa Flynn, Madhavi Krishnan
Revista: Nature Nanotechnology
DOI: 10.1038/s41565-024-01621-5
Autores: Sida Wang, Rowan Walker-Gibbons, Bethany Watkins, Melissa Flynn, Madhavi Krishnan
Revista: Nature Nanotechnology
DOI: 10.1038/s41565-024-01621-5
Fonte: https://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=nao-so-opostos-se-atraem-particulas-mesma-carga-atraem-se-distancia&id=020115240305
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