Descoberta revolucionária: mostram que a luz pode evaporar a água sem a necessidade de calor no processo
Não é só o calor que pode evaporar a água. O efeito fotomolecular é o processo pelo qual a luz também a evapora sem a presença de calor. Esta descoberta é fundamental para a meteorologia e outros ramos da ciência.
Quando pensamos no processo de evaporação da água, associamos isso à presença de calor. Ao aumentar a temperatura, a água pode passar do estado líquido para o estado gasoso, ou seja, pode se transformar em vapor d'água. Este processo é um dos mais comuns na atmosfera em que vivemos abaixo dos níveis de congelamento. Agora, cientistas do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) descobriram que a luz pode fazer com que a água evapore de uma superfície sem a necessidade de calor.
O site Noticias de la Ciencia diz que, nos últimos anos, alguns pesquisadores ficaram surpresos ao ver que a água em seus experimentos, que foi mantida em um material esponjoso conhecido como hidrogel, evaporou a uma taxa mais rápida do que poderia ser explicado pela quantidade de calor (ou energia térmica), que a água recebeu. E o excesso tem sido significativo: o dobro, o triplo ou até mais, da taxa máxima teórica.
Portanto, a questão que surgiu foi mais do que lógica. Que outro fator estava influenciando a evaporação além do que o calor poderia produzir? Os resultados da pesquisa que respondeu esta questão foram publicados no dia 23 de abril em um artigo publicado pelo MIT News. Ali, foi indicado que o surpreendente “efeito fotomolecular” descoberto pelos pesquisadores poderá afetar os cálculos das mudanças climáticas e poderá levar a melhorias nos processos de dessalinização e secagem.
Ajudaria a entender melhor a física das nuvens
Os detalhes técnicos do trabalho liderado por Yaodong Tu foram publicados na revista PNAS. O que foi demonstrado é que sob certas condições, na interface entre a água e o ar, a luz pode causar diretamente a evaporação sem a necessidade de calor e, de fato, o faz de forma ainda mais eficaz do que o calor. Nestes experimentos, a água foi retida em um material à base de hidrogel, mas os pesquisadores acreditam que o fenômeno também pode ocorrer em outras condições.
Especificamente, a luz, ao atingir a superfície da água onde o ar e a água se encontram, pode quebrar as moléculas de água e fazê-las flutuar no ar, causando evaporação na ausência de qualquer fonte de calor. Esta descoberta pode ajudar a explicar medições misteriosas feitas ao longo dos anos sobre como a luz solar afeta as nuvens e, consequentemente, os cálculos dos efeitos das mudanças climáticas na cobertura de nuvens e na precipitação. Também poderia levar a novas formas de projetar processos industriais, como a dessalinização ou a secagem de materiais alimentada por energia solar.
Os cientistas explicam que utilizaram 14 experimentos diferentes para demonstrar a existência do efeito fotomolecular. Eles usaram o laser para estudar interfaces individuais ar-água e mostraram respostas dependentes da polarização, ângulo de incidência e comprimento de onda, com pico no verde, onde a água em massa não é absorvida. No resumo do trabalho, eles indicam que “sugerimos que o efeito fotomolecular fornece um mecanismo para resolver o enigma de longa data de que a absorção solar medida das nuvens é maior do que as previsões teóricas baseadas nas constantes ópticas da água em massa, e demonstramos que a luz visível pode aquecer as nuvens".
A evaporação fotomolecular é comum na natureza
Dentre as conclusões da pesquisa, indica-se que o trabalho sugere que a evaporação fotomolecular é frequente na natureza. Que esse processo ocorre em todos os lugares, desde as nuvens até a neblina, passando pelas superfícies dos oceanos, solos e plantas. E também poderá levar a novas aplicações práticas, como na produção de energia e água limpa.
O novo trabalho baseia-se em uma pesquisa publicada no ano passado, que descreveu este novo “efeito fotomolecular”, mas apenas em condições muito especializadas: na superfície de hidrogéis especialmente preparados e embebidos em água. No novo estudo, os pesquisadores mostram que o hidrogel não é necessário para o processo; ocorre em qualquer superfície de água exposta à luz, seja uma superfície plana, como um corpo de água, ou uma superfície curva, como uma gota de vapor de nuvem.
Um indicador chave, que foi consistentemente observado em quatro tipos diferentes de experiências sob diferentes condições, foi que quando a água começou a evaporar de um recipiente de teste sob luz visível, a temperatura do ar medida acima da superfície da água esfriou e depois estabilizou, mostrando que a temperatura térmica a energia não foi a força motriz do efeito. Outros indicadores-chave que surgiram foram como o efeito da evaporação variava dependendo do ângulo da luz, da cor exata da luz e da sua polarização. Nenhuma dessas variações deveria ocorrer porque, nesses comprimentos de onda, a água mal absorve luz, e mesmo assim os pesquisadores as observaram.
Referência da notícia:
Guangxin, Lv. et al. Photomolecular effect: Visible light interaction with air–water interface, PNAS, v. 121, 2024.