Em uma abordagem inovadora, os pesquisadores conseguiram capturar imagens de vídeo em nanoescala de átomos de hidrogênio e oxigênio combinados em água a partir de um ambiente inerte, facilitado por um catalisador de metal raro. A reação altamente eficiente, que poderia ajudar os astronautas na produção de água no espaço, também resultou na formação da menor bolha de água conhecida, de acordo com os pesquisadores.
O vídeo foi incluído em um estudo publicado recentemente, divulgado em 27 de setembro na revista PNAS, no qual os pesquisadores investigaram o papel do paládio como catalisador na reação entre os gases hidrogênio e oxigênio, levando à formação de água em condições padrão de laboratório. A equipe empregou um novo aparelho de monitoramento para estudar essa reação, o que lhes permitiu capturar o processo com precisão excepcional.
“Acreditamos que essa pode ser a menor bolha já formada que já foi vista diretamente”, disse o autor principal do estudo, Yukun Liu, cientista de materiais da Northwestern University, em Illinois, em um comunicado. “Felizmente, estávamos gravando, então pudemos provar para outras pessoas que não estávamos loucos.”
A equipe empregou o uso de uma membrana vítrea ultrafina especializada, que serve para reter moléculas de gás dentro dos limites das câmaras de “nanorreatores” em forma de favo de mel. Isso permite que os pesquisadores observem os testes em tempo real usando microscópios eletrônicos, facilitando assim uma compreensão mais profunda do processo de reação.
A técnica foi desenvolvida por pesquisadores do Northwestern University Atomic and Nanoscale Characterization Experimental Center (NUANCE) em um estudo publicado em janeiro.
A capacidade do paládio, um metal raro com aparência branco-prateada semelhante à platina, de catalisar uma reação seca entre o hidrogênio e o oxigênio é conhecida desde o século XX, de acordo com os resultados de uma pesquisa. No entanto, o mecanismo preciso da reação permaneceu indefinido.
As descobertas do novo estudo indicam que os átomos gasosos ocupam inicialmente o espaço entre os átomos de paládio, que estão dispostos em uma estrutura quadrada. Essa expansão da rede permite a formação de gotículas de água na superfície do catalisador. Além disso, a equipe descobriu que o processo pode ser acelerado com a introdução de átomos de hidrogênio no paládio antes dos átomos de oxigênio, devido ao tamanho menor dos átomos de hidrogênio em comparação com os átomos de oxigênio. Isso permite que a rede de paládio se expanda antes da adição de oxigênio, criando assim lacunas maiores que facilitam a inserção de átomos maiores.
A equipe supõe que uma versão em escala maior da reação poderia ser utilizada para gerar água potável para astronautas no espaço ou em assentamentos extraterrestres. Os pesquisadores traçaram um paralelo entre suas descobertas e uma cena do filme de ficção científica The Martian, estrelado por Matt Damon. No filme, um astronauta encalhado produz água em Marte queimando combustível de foguete e combinando-o com o oxigênio de seu traje.
“Nosso processo é análogo, exceto pelo fato de que evitamos a necessidade de fogo e outras condições extremas”, disse o coautor do estudo, Vinayak Dravid, diretor do NUANCE Center, no comunicado. “Simplesmente misturamos paládio e gases”.
O paládio é um material caro e escasso, com um preço médio de mercado de aproximadamente US$ 1.000 por onça. Isso se deve principalmente à sua capacidade de catalisar uma infinidade de reações químicas e à sua utilização em uma vasta gama de aplicações tecnológicas. Consequentemente, o desenvolvimento de um aparelho gerador de água para ser usado pelos astronautas poderia ser um empreendimento altamente caro.
No entanto, os pesquisadores afirmaram que o investimento valeria a pena com o tempo.
“O paládio pode parecer caro, mas é reciclável”, disse Liu. “Nosso processo não o consome. A única coisa consumida é o gás, e o hidrogênio é o gás mais abundante do universo.”
