A descoberta, publicada na ACS Nano, pode redesenhar o entendimento sobre solidificação, catálise e o uso de metais raros em tecnologias limpas

Pesquisadores das universidades de Nottingham (Reino Unido) e Ulm (Alemanha) acabam de identificar um 4º estado inédito da matéria: um estado híbrido em que parte dos átomos de um líquido se movimenta livremente enquanto outros permanecem completamente fixos, mesmo em temperaturas altíssimas. A descoberta, publicada na ACS Nano, pode redesenhar o entendimento sobre solidificação, catálise e o uso de metais raros em tecnologias limpas.

Átomos que não se movem dentro de um líquido

Líquidos são por definição feitos de átomos em movimento constante. Mas os pesquisadores mostraram que, quando uma nanogota de metal derretido, como platina, ouro ou paládio é depositada sobre um suporte ultrafino de grafeno, parte desses átomos se fixa em defeitos do material e simplesmente não se move.

Esses “átomos estacionários” criam uma espécie de cercado atômico ao redor do restante do líquido. Em temperaturas altíssimas, eles permanecem firmes, enquanto o interior da nanogota continua em movimento frenético.

“É uma descoberta surpreendente”, diz o professor Andrei Khlobystov. “Sempre pensamos a matéria em três estados básicos, sólido, líquido e gasoso, mas o comportamento desses átomos revela um estado intermediário, com propriedades dos dois.”

Como a equipe enxergou isso

Usando um microscópio eletrônico de transmissão de baixa voltagem chamado SALVE os cientistas aqueceram nanopartículas de metal sobre uma folha de grafeno. À medida que as partículas fundiam, seus átomos se agitavam, como esperado. Mas para espanto da equipe, alguns simplesmente ficavam presos em pontos de defeito.

Ao manipular o feixe de elétrons, os pesquisadores conseguiram aumentar ou diminuir o número de defeitos no grafeno e, portanto, controlar quantos átomos ficavam estacionários, identificando assim uma solidificação interrompida e um líquido que não congela

O impacto dessa fixação é radical:

Quando poucos átomos ficam presos, o metal solidifica normalmente, formando um cristal. Já quando muitos estão estacionários, o processo de congelamento praticamente trava. A nanogota permanece líquida muito abaixo de seu ponto de congelamento.

No caso da platina, os cientistas observaram líquido em temperaturas cerca de 1.000 °C abaixo do habitual. Esse comportamento leva à formação de um líquido super-resfriado confinado, que só congela ao atingir temperaturas ainda mais baixas; e, quando congela, não forma um cristal, mas um sólido amorfo extremamente instável.

Um possível divisor de águas para catalisadores

A descoberta tem repercussões imediatas para a indústria química. Para se ter uma ideia, a platina sobre carbono é um dos catalisadores mais usados no mundo, de reações industriais à tecnologia automotiva.

“Encontrar um estado líquido confinado com comportamento não clássico muda completamente como entendemos esses catalisadores”, afirma o Dr. Jesum Alves Fernandes. Ele sugere que isso pode levar a catalisadores autolimpantes, mais duráveis e mais eficientes, reduzindo custos e melhorando processos.

O que pode vir a seguir

Até hoje, o confinamento controlado só havia sido realizado com fótons e elétrons. Este é o primeiro registro de átomos sendo confinados de forma estável. Para Khlobystov, é o início de uma nova fronteira. “Podemos estar diante de uma nova forma de matéria, algo entre o sólido e o líquido.”

A equipe agora estuda como manipular esses “cercados atômicos” para criar formatos mais complexos e usar metais raros de forma mais eficiente, especialmente em tecnologias essenciais para a transição energética. Com informações “Eureka Alerts”.

Fonte: revistaforum