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Um grupo de pesquisa liderado por Susumu Kitagawa do Instituto de Ciências de Materiais Celulares da Universidade de Kyoto (iCeMS), Japão e Cheng Gu da Universidade de Tecnologia do Sul da China, China, fizeram um material que pode efetivamente separar a água pesada da água normal à temperatura ambiente. Até agora, este processo tem sido muito difícil e intensivo em energia. As descobertas têm implicações para processos industriais – e até biológicos – que envolvem o uso de diferentes formas da mesma molécula. Os cientistas relataram seus resultados na revista Natureza.
Os isotopólogos são moléculas que têm a mesma fórmula química e cujos átomos se ligam em arranjos semelhantes, mas pelo menos um de seus átomos tem um número de nêutrons diferente da molécula original. Por exemplo, uma molécula de água (H2O) é formado por um átomo de oxigênio e dois átomos de hidrogênio. O núcleo de cada um dos átomos de hidrogênio contém um próton e nenhum nêutron. Em água pesada (D2O), por outro lado, os átomos de deutério (D) são isótopos de hidrogênio com núcleos contendo um próton e um nêutron. A água pesada tem aplicações em reatores nucleares, imagens médicas e em investigações biológicas.
“Os isotopólogos da água estão entre os mais difíceis de separar porque suas propriedades são muito semelhantes”, explica o cientista de materiais Cheng Gu. “Nosso trabalho forneceu um mecanismo sem precedentes para separar isotopólogos de água usando um método de separação por adsorção”.
Gu e o químico Susumu Kitagawa, juntamente com colegas, basearam sua técnica de separação em um polímero de coordenação porosa à base de cobre (PCP). Os PCPs são materiais cristalinos porosos formados por nós metálicos conectados por ligantes orgânicos. A equipe testou dois PCPs feitos com diferentes tipos de linkers.
O que torna seus PCPs especialmente importantes para a separação de isotopólogos é que os ligantes giram quando aquecidos moderadamente. Essa ação de inversão age como um portão, permitindo que as moléculas passem de uma ‘gaiola’ no PCP para outra. O movimento é bloqueado quando o material é resfriado.
Quando os cientistas expuseram seus ‘cristais dinâmicos de flip-flop’ ao vapor contendo uma mistura de água normal, pesada e semi-pesada e depois a aqueceram levemente, eles adsorveram água normal muito mais rápido do que os outros dois isotopólogos. Crucialmente, esse processo aconteceu dentro das faixas de temperatura ambiente.
“A separação adsortiva de isotopólogos de água em nosso trabalho é substancialmente superior aos métodos convencionais devido à alta seletividade na operação em temperatura ambiente”, diz Kitagawa. “Estamos otimistas de que novos materiais guiados pelo nosso trabalho serão desenvolvidos para separar outros isotopólogos.”
Fonte da história:
Materiais fornecidos por Universidade de Kyoto. Nota: O conteúdo pode ser editado para estilo e duração.
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