Segredo do catalizador revelado

Uma técnica promissora para observar catalizadores em ação pode proporcionar novas aplicações na medida que conhecemos como eles funcionam, de acordo com cientistas holandeses. A equipe utilizou microscopia de raio-X para estudar a reação catalítica Fischer-Tropsch (nota 1), e a nova tecnologia deve dar aos cientistas um grande entendimento sobre a atividade catalítica, permitindo o design de catalizadores melhores e mais eficientes.

Os catalizadores sólidos estão onipresentes na indústria química, e aceleram a produção de muitos compostos importantes. Eles são compostos tipicamente de partículas nanométrica de metais ou óxidos metálicos, ligados a um suporte sólido, frequentemente porosos com uma altíssima área de superfície.

Porém, os catalizadores frequentemente possuem uma estrutura química complexa e mudam durante a reação - então "observar" diretamente o catalizador reagindo podem fornecer pistas úteis para melhorar a sua eficiência. Mas fazer isso juntamente com as pressões e temperaturas utilizadas na indústria prova ser muito difícil.

Agora, o grupo de pesquisadores coordenado por Frank de Groot e Bert Weckhuysen da Universidade de Utrecht na Holanda, em colaboração com o Laboratório Nacional Lawrence Berkeley (USA), alcançaram este feito utilizando pequenos frascos reacionais (ou nanoreatores). "É a primeira vez que um catalizador heterogênio tem sido examinado em nanoescala", diz Frank.

Neste nanoreator, a reação ocorre entre duas janelas separadas por uma parede de apenas 10nm de espessura. Esta configuração permite que o raio-X passe através da reação para atingir um sensor, produzindo fotografias da reação em curso. Uma parte do raio-X é absorvida pelo catalizador, reagente e produtos - a energia exata absorvida revela a sua composição química. A equipe foi capaz de sondar as superfícies catalisadoras em uma resolução de cerca de 40 nm.

Como citado anteriormente, a reação estudada pela equipe foi a de Fischer-Tropsch - onde partículas de um catalizador sólido de óxido de ferro em um substrato de sílica, é usado para converter monóxido de carbono e hidrogênio em hidrocarbonetos líquidos, que podem ser utilizados como combustíveis.

Mapas de contorno podem ser construídos para mostrar a composição do catalizador (esquerda) e as áreas onde há a maior parte de hidrocarbonetos concentrados sendo gerados (direita)

A equipe replicou a reação em seu nano-reator e descobriu que durante a reação o óxido de ferro sofreu muitas transformações. O óxido inicial (Fe₂O₃) é convertido em outro óxido (Fe₃O₄), antes do silicato (Fe₂SiO₄) e do ferro metálico se formarem. Para que finalmente, surgem os acetiletos de ferro (Fe_xC_y), dando sequencia na reação. Correlacionando o catalizador em diferentes áreas com os produtos orgânicos sendo formados, a equipe mostrou que o carbono acumula nas áreas ricas em ferro, com os produtos (hidrocarbonetos) descolando-se do silicato ao substrato.

"Estas descobertas mostram um grande potencial para o imageamento de catalizadores heterogênios in situ," diz Alexis Bell da Universidade da California, Berkeley (USA) "Eu imagino que o processo não é limitado a observação de partículas de catalizadores, mas poderia também ser usadas em muitas outras aplicações, como detectar níveis de partículas sólidas no ar, que provocam a chuva ácida."

Outros usos propostos incluem monitoramento das mudanças estruturais nos materiais de armazenamento de hidrogênio ou examinando a distribuição de partículas de medicamentos nas células. A equipe diz que o desenvolvimento e evolução dos métodos de imageamento óptico devem melhorar a resolução da técnica.

Notas

Nota 1 - O processo de Fischer-Tropsch é um processo químico para produção de hidrocarbonetos líquidos (gasolina, querosene, gasóleo e lubrificantes) a partir de gás de síntese (CO e H2). Foi inventado pelos alemães Franz Fischer e Hans Tropsch na década de 20.


Referências

[1] http://www.nature.com/nature/journal/v456/n7219/abs/nature07516.html?lang=en
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Liguem seus motores... de água

Aqui está um projeto muito interessante: pesquisadores iranianos descobriram que podem criar um vórtex em um fino filme de água simplesmente aplicando nela um campo elétrico ou eletrólise; podendo inclusive controlar sua velocidade e sua direção. O dispositivo consiste em uma célula eletrolítica quasi bidimensional, e assim que um campo elétrico externo ou a voltagem da eletrólise excede um determinado limiar, o finíssimo filme líquido formado na superfície começa a rotacionar.

O efeito descrito recentemente em uma pré-publicação, funciona bem o suficiente com água pura - mas adicione um pouco de glicerina e um pouco de detergente e o filme nanométrico pode girar por vários minutos antes de 'romper-se'. Além disso, este motor trabalha perfeitamente em ambas as correntes: alternada e contínua.

O vídeo mostra a rotação do finíssimo filme superficial sob um campo
elétrico variado e/ou eletrólise com voltagem variada.

Embora seja improvável que tal motor líquido mova o seu carro brevemente, os pesquisadores dizem que o efeito é útil para misturar fluídos em aplicações industriais ou no estudo da turbulência em duas dimensões.

Referências

[1] http://arxiv.org/abs/0805.0490
[2] http://softmatter.cscm.ir/FilmMotor/

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A cor do outono

Na minha opinião o outono é certamente a estação mais bela do ano, se levarmos em consideração o seu efeito na natureza, ou vice e versa. :) Uma simples busca no Google, revela a beleza dessa estação.

Alguns vegetais nessa época do ano, sofrem um fenômeno que afeta a cor verde normal das suas folhas e arbustos. Por algumas semanas, uma variedade de cores incluindo o amarelo intenso, laranja e o vermelho, dominam a paisagem. E há muito tempo essas cores tem sido atribuídas aos carotenóides e flavonóides presentes no vegetal.

Na verdade essas cores já estão presentes, mas não são visíveis devido a predominância da cor verde da clorofila. No outono a clorofila "desaparece", desmascarando estas cores escondidas. Mas essa não é toda a história de acordo com cientistas australianos. Eles demonstraram pela primeira vez a origem exata dessa cor, e está relacionada também com um produto da quebra da clorofila.

O processo de quebra (ou desarranjo) da clorofila foi considerado um enigma até cerca de 20 anos atrás, quando o primeiro produto de quebra não-verde da clorofila foi descoberto. Como esses produtos são incolores, eles sempre foram entendidos como não contribuidores para as cores vistas no outono. Clique na figura para ampliar.

Fig. 1 Esboço dos passos da quebra da clorofila em folhas senescentes da Cercidiphyllum japonicum: fórmula estrutural da feoforbida a(Pheoa), do catabólito da clorofila vermelha (RCC - Red Chlorophyll Catabolite), do catabólito fluorescente primário (pFCC - primary fluorescent chlorophyll catabolite), a formulação constitucional do Cj-NCC-1 (1), um catabólito "não fluorescente" da clorofila (NCC), e finalmente o Cj-YCC (2).

Esses catabólitos são considerados o produto final da quebra da clorofila, mas agora foi demonstrado que eles podem ser oxidados para dar um composto de coloração amarela (produto 2, vide Fig. 1).

A similaridade da estrutura desses catabólitos com a bilirrubina, um composto natural que protege as células, pode sugerir que eles possuem também uma importante propriedade fisiológica. Os pesquisadores ainda pretendem descobrir qual é esta função ou funções que esses catabólitos exercem nas plantas.


Referências

[1] A yellow chlorophyll catabolite is a pigment of the fall colours
Tools and Resources, Simone Moser, Markus Ulrich, Thomas Müller and Bernhard Kräutler, DOI: 10.1039/b813558d
[2] http://en.wikipedia.org/wiki/Chlorophyll
[3] http://pt.wikipedia.org/wiki/Bilirrubina
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Fluoralcanos: bons solventes

Pesquisadores europeus descobriram que usar solventes fluoretados na metasíntese de olefinas aumenta substancialmente os rendimentos nessa reação.

Essas reações fazem parte de uma extensa literatura sobre as transformações orgânicas sintéticas. Elas provêm uma forma eficiente e seletiva para quebrar e refazer ligações duplas carbono-carbono, permitindo que o grupo substituinte seja trocado, e são usualmente catalizados por complexos orgânicos de metais de transição. Especificamente catalizadores convencionais de Rutênio:


Estes catalizadores disponíveis comercialmente são populares mas frequentemente tidos como ineficientes, principalmente em reações de múltiplos passos na síntese de produtos naturais e moléculas biologicamente ativas.


Os pesquisadores encontraram uma forma eficiente para aumentar os rendimentos dessas reações utilizando esses catalizadores juntamente com solventes aromáticos fluoretados.

Em particular, eles reportaram que é possível aumentar o rendimento dessas reações de em até 18 vezes, somente na mudança do solvente (e.g.: utilizando o perfluorotolueno ao invés do 1,2-dicloroetano).

Referências

[1] http://www.rsc.org/Publishing/Journals/CC/article.asp?doi=b816567j
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O segredo da lagartixa

A corrida para encontrar materiais "pegajosos" como o pé de uma lagartixa é intensa. Agora mais uma descoberta, segundo um relato publicado na última edição da Science por uma equipe formada por quatro instituições americanas.

Hoje em dia, os cientistas têm se interessado muito nessa habilidade que as lagartixas tem em percorrer livremente as paredes e tetos, sustentando-se apenas por suas patas. E já se passaram oito anos desde a descoberta de que esta habilidade está relacionada com a presença de milhares de pequeníssimos pêlos alinhados nos dedos das lagartixas. Estes pêlos elásticos ramificados tiram proveito de uma força atrativa em escala atômica (força de van der Waals, ou força de dipolo-induzido), que causam tamanha aderência e sustentam, surpreendentemente, cargas relativamente pesadas. Agora os pesquisadores encontraram uma forma de mimetizar o efeito causado por esses pêlos, usando polímeros ou nanotubos de carbono.

O novo material tem um poder de aderência três vezes mais forte (aproximadamente 100 newtons por centímetro quadrado) do que o recorde anterior, e nada menos que dez vezes mais forte do que os pés da lagartixa por si só. A pesquisa publicada na Science descreve uma melhoria baseada em um material constituído de nanotubos de carbono, que pela primeira vez criou uma força adesiva direcionalmente variada, ou seja, o novo material poderia dar aos pés artificiais da lagartixa a habilidade de aderência em superfícies verticais e ao mesmo tempo permitir que sejam facilmente desgrudados quando necessário.

Além desta primeira possibilidade encontrada pelos pesquisadores, o material pode ter muitas outras aplicações tecnológicas como unir dispositivos eletrônicos e substituir os adesivos convencionais no vácuo interespacial.

"A resistência a tensão de cisalhamento (força aplicada em sentidos opostos) mantém o adesivo de nanotubo preso fortemente na superfície vertical, mas você pode removê-lo facilmente puxando na direção certa" explica Dayton's Liming, um dos pesquisadores.

O segredo no novo material é o uso de uma matriz anisotrópica de nanotubos de carbono multi-facetada com os topos "encrespados" e dobrados, aumentando significantemente a área em contato com os átomos das superfícies, então as forças eletrostáticas em escala atômica interagem para gerar a forte aderência.

Puxando o material paralelamente a direção dos nanotubos, apenas suas pontas se mantém em contato e a força total atrativa é reduzida (veja a figura esquemática ao lado).

Referências

[1] Carbon Nanotube Arrays with Strong Shear Binding-On and Easy Normal Lifting-Off, Science, 322: 238-242, 2008
[2] http://academic.udayton.edu/LimingDai/
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