Partículas com a mesma carga podem atrair-se em solução

Ao contrário das relações humanas, a física de partículas é inflexível quanto ao princípio de que cargas iguais se repelem e cargas opostas se atraem. Tal como os pólos idênticos de dois ímanes resistem ao contacto, as cargas negativas e positivas têm uma aversão universal a partículas da sua própria natureza.

Ainda assim, químicos da Universidade de Oxford descobriram numa proveta uma história que mostra que o amor encontra sempre um caminho - até entre partículas com a mesma carga.

“Continua a fascinar-me ver estas partículas atraírem-se, mesmo depois de o ter observado mil vezes”, afirma Sida Wang, autor principal do estudo.

Se forem colocados vários electrões num vácuo perfeito, estes repelem-se mutuamente através de uma força descrita pela lei de Coulomb. Do mesmo modo, os protões no vazio do espaço são afastados uns dos outros devido às cargas positivas que partilham.

Por outro lado, quando entram em cena partículas dominadas por cargas diferentes, o resultado pode ser explosivo. Literalmente: a química não seria a mesma sem a lei de Coulomb a impulsionar os dramas das relações entre átomos.

Para simplificar, os químicos partem do princípio de que esta lei se aplica com a mesma exactidão a partículas carregadas suspensas numa solução e a essas mesmas partículas no vácuo. Wang e a sua equipa ponderaram, porém, que as regras poderiam ser menos lineares na presença de um solvente.

Partículas de sílica em diferentes soluções

Numa série de experiências com partículas de sílica em vários tipos de solução, os investigadores avaliaram aspectos como a acidez e a estrutura molecular do solvente para determinar a intensidade das interacções entre partículas. Recorrendo a um microscópio óptico, calcularam também as distribuições de densidade das partículas.

As observações mostraram claramente que as partículas de sílica com carga negativa, em soluções à base de água, não se afastavam como fariam num espaço ideal e vazio. Pelo contrário, aproximavam-se umas das outras.

Uma explicação possível surgiu da análise do pH da solução: ao ser alterado de um valor relativamente ácido de 4 para um valor bastante básico de 10, a intensidade da atracção também mudava.

Curiosamente, as partículas de sílica ajustadas para terem carga positiva não apresentaram este comportamento, pelo menos em soluções aquosas. No entanto, experiências adicionais com álcool como solvente criaram condições propícias para que partículas com carga positiva se aproximassem.

A força de electrossolvatação

Estas forças de atracção recém-observadas verificaram-se a longas distâncias, enquanto a repulsão esperada se manifestava a distâncias mais curtas.

Embora as interacções entre as partículas e o solvente sejam complexas, é evidente que têm importância suficiente para superar as forças de Coulomb, sempre presentes, que habitualmente afastam partículas dominadas pela mesma carga.

Naquilo a que os investigadores chamam uma “força de electrossolvatação”, a estrutura da solução e os seus próprios componentes carregados interagem com as superfícies das partículas suspensas, criando uma força atractiva líquida. Assim, a sílica reúne-se em aglomerados apesar da repulsão entre as partículas.

Os resultados poderão ter implicações importantes em praticamente todos os campos científicos nos quais o movimento de partículas carregadas numa solução seja relevante. Poderão, potencialmente, contribuir para avanços que vão do desenvolvimento de fármacos à compreensão de doenças e à concepção de novos tipos de nanotecnologia.

“Moléculas com cargas iguais em solução podem, de facto, sentir uma atracção forte e de longo alcance contra-intuitiva, mesmo em condições fisiológicas”, concluem Wang e os seus colegas.

De repente, o romance humano já não parece assim tão complicado.

Esta investigação foi publicada na Nature Nanotechnology.