Cientistas descobrem pontos de inconsistência na Teoria der van der Waals

As famosas forças de van der Waals são todas as interações atrativas e repulsivas presentes em um composto ou em uma mistura que não sejam forças devidas à ligações covalentes entre os átomos - as quais são muito mais fortes -, à ligações de hidrogênio (forças intermoleculares ou intramoleculares que surgem quando o hidrogênio está ligado covalentemente ao nitrogênio, oxigênio ou flúor, como na água) ou à forças devido à interação eletrostática entre íons - cátions (positivo) e ânions (negativo), como no sólido cristalino do cloreto de sódio. Podem vir de três formas distintas:

- força entre dois dipolos permanentes (Força de Keesom)
- força entre um dipolo permanente e um polo induzido (Força de Debye)
- força entre dois dipolos instantaneamente induzidos (Força de dispersão London)

Essas forças estão presentes em praticamente tudo ao nosso redor e são bastante conhecidas de permitirem que a lagartixa facilmente escale diversos tipos de superfícies, incluindo vidros, e por permitir que camadas de grafeno formem estruturas sólidas de grafite via sobreposição de camadas 2D.

Agora, pesquisadores resolveram testar essas forças de van der Waals em um material parecido com o grafeno, o dissulfeto de titânio (TiS2), o qual também possui camadas 2D sobrepostas e faz parte de um grupo de promissores materiais tecnológicos conhecidos como metais de transição dicalcogênitos (TMDs, na tradução do inglês). As análises foram realizadas com a ajuda de um síncrotron de difração de raios-X para medir com precisão a densidade eletrônica na estrutura do sólido e os resultados foram publicados esta semana na Nature Materiais, revelando observações que desafiam os atuais modelos de forças intermoleculares.

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Entre as camadas laminares de TiS2, existem forças mantendo-as unidas através de interações de relativo longo-alcance entre os átomos de enxofre (van der Waals), permitindo uma estrutura geral bastante resistente e sólida. Apesar dessas interações serem bem mais fracas do que as ligações covalentes de curto alcance entre os átomos de enxofre e titânio, os pesquisadores mostraram com as novas análises que elas eram muito mais fortes do que a teoria prevê e exibindo um significativo compartilhamento de elétrons. Já para as ligações covalentes, os resultados práticos corroboraram as previsões teóricas.

Como esses sólidos formados por união entre estruturas laminares estão se mostrando mais do que promissores no campo tecnológico nas últimas décadas, entender bem a dinâmica estrutural que os baseiam é mais do que importante.

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Publicação do estudo: Nature