Notícia

Novo estudo sobre a termoquímica da prata pode melhorar aplicações em meio ambiente e saúde

Fonte

Instituto de Física e Tecnologia de Moscou

Data

quarta-feira, 31 julho 2019 15:10

Áreas

Química Inorgânica.

Pesquisadores do Instituto de Física e Tecnologia de Moscou (MIPT, da sigla em inglês) se uniram a colegas na Rússia e na Arábia Saudita e propuseram um método eficiente para obter dados fundamentais necessários para o entendimento de processos químicos e físicos envolvendo substâncias no estado gasoso. O protocolo numérico proposto prevê o efeito térmico da formação da fase gasosa de compostos de prata e sua entropia absoluta. Isso inclui os primeiros dados desse tipo para mais de 90 compostos. Publicados na revista científica Inorganic Chemistry, os resultados são importantes em aplicações práticas de substâncias que contêm prata: no tratamento da água e feridas e também na geração de “chuva artificial” através do processo de semeadura de nuvens. Em relação a esta última técnica, um estudo de revisão que esclarece sobre o processo foi publicado no final de 2018 na revista científica International Journal of Pure and Applied Bioscience.

A equipe derivou os valores precisos de duas características-chave – a entalpia de formação e a entropia – de numerosos compostos de prata. A entalpia (do grego “thalpein”, que significa “aquecer”) de um sistema descreve seu estado em termos da energia das partículas constituintes, pressão e volume. De acordo com a Lei de Hess, multiplicando os coeficientes estequiométricos e a diferença entre as entalpias de formação dos reagentes e dos produtos, obtém-se a quantidade de calor gerada ou consumida em uma reação química. A entropia é uma medida de quão desordenado é um sistema. A segunda lei da termodinâmica afirma que um sistema pode adotar espontaneamente um estado menos organizado, de modo que a entropia cresce com o tempo.

Conhecer os valores de entalpia e entropia é crucial para prever se uma reação ocorrerá em determinadas condições. Essas características também indicam como o rendimento da reação e a seletividade – a relação entre os produtos – variam com a temperatura e a pressão, permitindo sua otimização. As descobertas permitem que os pesquisadores façam previsões sobre os processos químicos que ocorrem na fase gasosa. Os dados também ajudarão a gerenciar os processos envolvidos no filme fino e na deposição pura de amostras a partir da fase gasosa.

Existem basicamente duas maneiras de se determinar as mudanças de entalpia e entropia: por meio de experimentos complexos e caros ou usando os dados de livros de referência e fazendo alguma aritmética com base na lei de Hess. “A escolha parece ser óbvia, ainda mais considerando que você não pode medir experimentalmente o calor de algumas reações”, disse o Dr. Yury Minenkov, pesquisador sênior do Laboratório de Métodos de Supercomputação em Física da Matéria Condensada. “Por exemplo, a combustão incompleta de grafite produz sempre monóxido de carbono e dióxido de carbono. Assim, mesmo medindo o efeito térmico da reação, não conseguimos determinar a entalpia de formação do monóxido de carbono”, explica o Dr. Yury. “”Mas a abordagem computacional enfrenta alguns problemas. Primeiro, as entalpias de formação e entropia não são conhecidas para todos os compostos. Em segundo lugar, mesmo que os dados estejam disponíveis, ninguém pode garantir sua precisão. Os valores variam muito entre livros de referência. Às vezes, os erros de medição podem ser muito grandes ”, continua o especialista.

Felizmente, a química quântica ajuda a obter a entropia e, até certo ponto, os dados de entalpia. Cada molécula constituinte de uma substância gasosa pode ser vista como um sistema de núcleos carregados positivamente e elétrons carregados negativamente. Os pesquisadores podem então aplicar métodos de cálculo de estrutura eletrônica para resolver a equação molecular de Schrödinger. Isso revela a energia eletrônica total da molécula, sua função de onda e a configuração espacial dos núcleos – ou seja, sua estrutura geométrica 3D. Os físicos podem então calcular a entropia e entalpia de um gás ideal composto por tais moléculas. Os valores de entropia obtidos desta maneira são então introduzidos em livros de referência e usados ​​em cálculos termodinâmicos.

As reações de atomização são geralmente empregadas para calcular a entalpia de formação. Em tais reações, o composto de interesse decompõe-se em átomos individuais. Por exemplo, sulfeto de prata – Ag₂S – produz um átomo de enxofre e dois de prata. Como as entalpias de formação de substâncias atômicas são bem conhecidas e relatadas em livros de referência, é possível calcular a entalpia de formação da substância inicial – neste caso, o sulfeto de prata – encontrando a mudança de entalpia na reação usando métodos de química quântica.

No entanto, quando moléculas compostas de muitos átomos sofrem atomização, isso afeta a estrutura eletrônica de tal forma que a entalpia também é significativamente alterada. Os métodos atualmente disponíveis de química teórica não podem explicar esses efeitos com precisão suficiente.

A equipe de pesquisadores do MIPT, do Instituto Frumkin de Química Física e Eletroquímica da Academia Russa de Ciências, da Universidade Estatal de Química e Tecnologia Ivanovo e da Universidade de Ciência e Tecnologia King Abdullah da Arábia Saudita publicou uma série de artigos propondo uma maneira de calcular as características termodinâmicas de compostos orgânicos e inorgânicos com mais precisão.

No caso do sulfeto de prata, os pesquisadores encontraram sua entalpia de formação a partir da reação com ácido clorídrico, que produz cloreto de prata e sulfeto de hidrogênio. Os valores do calor de formação do cloreto de prata, sulfeto de hidrogênio e ácido clorídrico são conhecidos com alta precisão, e a modelagem computacional revela o efeito térmico da reação. A partir desses dados, pode-se derivar o calor de formação de sulfeto de prata usando a lei de Hess.

A equipe começou verificando se os resultados de seus cálculos químicos quânticos concordavam com os dados experimentais termodinâmicos e estruturais. Tendo assegurado que seu modelo é adequado, os pesquisadores calcularam as características termodinâmicas para 90 compostos de prata ausentes nos livros. Os dados são úteis tanto para cientistas que trabalham no campo da química da prata quanto para testes e calibração de novos métodos de cálculo de estrutura eletrônica.

Acesse o artigo científico completo sobre semeadura de nuvens na revista International Journal of Pure and Applied Bioscience  (em inglês).

Acesse o artigo científico completo na revista Inorganic Chemistry (em inglês).

Acesse a notícia completa na página do Instituto de Física e Tecnologia de Moscou (em inglês).

Fonte: Instituto de Física e Tecnologia de Moscou. Imagem: Pixabay.