As membranas trocadoras de íons são materiais utilizados em diversas indústrias, como na dessalinização da água do mar ou em células combustíveis. Elas permitem a passagem de certos íons e bloqueiam outros, funcionando como um filtro inteligente. Um estudo recente desafia algumas ideias preconcebidas sobre seu funcionamento.
Publicada na revista
Asymmetry, esta pesquisa mostra que o modelo habitual para entender essas membranas nem sempre segue as leis clássicas da física, em particular as relações de reciprocidade de Onsager. Essa descoberta pode mudar a forma como esses materiais são concebidos.
Conceito artístico de uma membrana trocadora de íons.
Para estudar essas membranas, os pesquisadores frequentemente simplificam sua estrutura, substituindo-a por um esquema mais fácil de medir. Esse modelo ilustrado utiliza pequenas esferas carregadas para representar os íons. Isso torna os cálculos mais práticos, mas às vezes introduz resultados estranhos.
Os experimentos realizados com diferentes tipos de membranas mostraram que, quando a quantidade de íons aumenta, alguns comportamentos se tornam assimétricos. Isso significa que certas reações não são iguais em um sentido e no outro. Isso se refere principalmente à maneira como a água e os íons atravessam a membrana.
Em seus testes, os pesquisadores mediram diferentes fluxos: água, cargas elétricas e substâncias dissolvidas. Eles também aplicaram diferentes forças, como pressão e diferenças de concentração. Perceberam que os resultados nem sempre eram consistentes com o que se esperava.
Essa diferença obriga a repensar a maneira como medimos e prevemos o desempenho dessas membranas. Sem isso, corremos o risco de entender mal seu funcionamento.
As relações de reciprocidade de Onsager não são respeitadas
Na física, essas relações afirmam que os efeitos de uma força sobre um fluxo devem ser os mesmos em ambos os sentidos. Por exemplo, uma diferença de concentração que impulsiona uma corrente elétrica deve ter o mesmo efeito que uma tensão elétrica que move íons. É uma regra de simetria.
Os pesquisadores descobriram que essa simetria nem sempre é respeitada. Isso pode ser devido às interações dentro das membranas.
Fonte: Asymmetry