Se você dissolver o açúcar em água quente e depois resfriá-lo, verá cristais de açúcar puro se formarem enquanto as impurezas permanecem no líquido. Você pode até observar os lindos cristais de açúcar crescendo lentamente na água.
Você pode fazer o mesmo com metais, embora provavelmente não na sua cozinha.
Em altas temperaturas, um metal fundido pode dissolver outro. À medida que a mistura esfria, o metal dissolvido começa a cristalizar dentro do fundido, assim como o açúcar forma cristais a partir da água.
Numa nova investigação publicada na Nature Communications, analisámos este processo com mais detalhe do que nunca e utilizámos a informação que obtivemos para produzir cristais que são perfeitos para extrair hidrogénio da água, na primeira de inúmeras aplicações possíveis.
Os metais líquidos são diferentes da água.
Existem diferenças importantes entre água e metais líquidos.
Por um lado, não podemos ver o interior de um metal líquido, portanto não podemos observar como os cristais metálicos se formam e crescem. Isso ocorre porque os metais líquidos bloqueiam as ondas eletromagnéticas, incluindo a luz visível, de modo que nada consegue passar para que possamos observar o processo.
Uma segunda diferença é a facilidade com que podemos separar os cristais do líquido. Com açúcar e água, podemos simplesmente passar a mistura por uma peneira e coletar os cristais.
Mas os metais líquidos têm uma tensão superficial muito alta, de modo que o líquido se comporta como se tivesse uma pele esticada e esticada. Isso dificulta a passagem do metal por uma peneira, e tanto o metal líquido quanto os cristais permanecem no topo em vez de se separarem.
Cultivar cristais em metal líquido não é uma ideia nova. Contudo, como as pessoas não conseguiam ver o interior do metal líquido, não se concentraram em observar ou controlar a formação de pequenos cristais. Em vez disso, eles desenvolveram principalmente cristais grandes e não conseguiram ver a dinâmica do crescimento dos cristais.
Olhando dentro dos metais líquidos
No entanto, agora temos ferramentas avançadas que nos permitem ver o interior dos metais líquidos. Utilizamos raios X de alta energia, que podem penetrar em metais líquidos, por meio de uma técnica chamada tomografia microcomputadorizada de raios X (micro-CT).
Micro-CT usa raios X para obter muitas imagens transversais de um objeto e, em seguida, constrói um modelo virtual 3D do objeto sem danificar a amostra original. O sistema que usamos poderia produzir imagens com pixels do tamanho de um micrômetro, e as tecnologias mais recentes estão alcançando até mesmo a faixa nanométrica.
Observar o crescimento dos cristais metálicos é um passo importante para cultivar exatamente o tipo de cristal que você deseja. Moonika Widjajana
O uso da micro-TC foi extremamente importante para o nosso trabalho. Ajustando as condições (como a rapidez com que resfriamos o metal líquido ou o tipo de solvente que usamos), pudemos ver como os cristais se formaram e como suas formas mudaram. Estas são novas observações que pesquisadores anteriores não haviam relatado antes.
Obter uma imagem 3D de uma amostra com cristais dentro de metal líquido leva várias horas. Capturamos muitas dessas imagens ao longo de vários dias para observar como os cristais cresceram ao longo do tempo.
Peneire os cristais e coloque-os para trabalhar
Outra etapa útil foi aplicar uma voltagem elétrica à superfície do metal líquido após a conclusão do crescimento. Quando fazemos isso, a tensão superficial dos metais líquidos cai para quase zero.
Sem tensão superficial, o metal líquido pode fluir facilmente através de uma peneira e deixar cristais para trás.
A observação de cristais dentro de metais tem muitas aplicações práticas. Ao compreender como os cristais crescem, podemos aprender a controlar o seu tamanho e forma para produzir os melhores cristais para fins específicos.
Para testar nosso trabalho, criamos cristais ideais de metais especiais para produzir hidrogênio a partir da água. Essa técnica não servirá apenas para isso: ela pode ser usada para fazer materiais perfeitos para catalisar reações químicas, armazenar energia em baterias, construir dispositivos eletrônicos avançados e muitas outras coisas.
Este artigo foi republicado de The Conversation. Foi escrito por: Kourosh Kalantar-Zadeh, Universidade de Sydney e Moonika Widjajana, Universidade de Sydney
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Os autores não trabalham, prestam consultoria, possuem ações ou recebem financiamento de qualquer empresa ou organização que se beneficiaria com este artigo e não revelaram afiliações relevantes além de sua nomeação acadêmica.
