Publicado em 27 de fevereiro de 2023.

Nesta dissertação será abordada a distribuição de espécies de CO2, carbonato e
bicarbonato, na superfície molecular aquosa para diferentes níveis de acidez do meio
através da espectroscopia de fotoelétron (XPS) usando a técnica de microjato. Para a
comparação com a distribuição destas espécies no corpo da solução um experimento de
ressonância magnética nuclear (RNM) foi realizado nas mesmas amostras do experimento
anterior. Estes são os primeiros resultados obtidos pelo Grupo de Nanossistemas Diluídos
da Universidade Estadual de Campinas (GND - Unicamp) em conjunto com outros
pesquisadores.
Pela primeira vez foi realizado um estudo das moléculas de bicarbonato e carbonato,
provenientes da reação de deprotonação do ácido carbônico na superfcie aquosa. Foram
preparadas 5 amostras de carbonato de sódio a 0.5M em diferentes pHs que foram
utilizadas para realizar o experimento de XPS. Nestes 5 espectros de C1s foi observado a
presença das três moléculas na solução, sendo o deslocamento químico entre carbonato e
bicarbonato suficiente para fazer uma identificação de cada pico no espectro. A análise dos
espectros de XPS mostrou a variação da concentração das moléculas em função da acidez
da solução. Foram observados diferenças significativas principalmente para pHs mais altos
em relação aquelas encontradas para o interior do líquido. Os dados foram ajustados com
o modelo de enriquecimento da superfície, proposto em um trabalho na literatura. A partir
deste ajuste, foi constatado que a espécie duplamente deprotonada é menos propensa a
se concentrar na superfície do que a espécie com deprotonação simples. Ambas tem sua
concentração reduzida na superfície em relação ao interior da solução. Os dados também
foram ajustados com um novo modelo proposto baseado no modelo de Langmuir. A partir
deste ajuste é possível obter a energia livre de Gibbs na superfície que se comparou
positivamente com o modelo de enriquecimento. Esta nova forma de tratamento dos dados
pode ser aplicada a outras moléculas sendo portanto de interesse mais geral.
Também foi realizado um estudo sobre a distribuição das mesmas espécies no corpo do
líquido usando RMN, que uma técnica experimental sensível ao interior da solução. As
amostras utilizadas são as mesmas do experimento de XPS sendo que cinco medidas
de carbono 13 foram feitas a temperatura ambiente. Com base no deslocamento qumíco
dos picos é possível obter a concentração das espécies em função da acidez do corpo
da solução. A equação de Hendersen Hasselbalch que descreve o comportamento das
reações de ácido e base para o corpo da solução foi escolhida para fazer o ajuste destes
dados.
Por fim, analisando as diferenças encontradas entre os resultados experimentais e
seus respectivos ajustes dos dois experimentos foi constatado que as duas moléculas
apresentam concentrações e dinâmicas diferentes na superfície e no interior.
Com bases nos resultados obtidos foi discutido na tese que é possível prever que a
adsorção de CO2 em soluções aquosas tende a ser maior do que aquela prevista por
modelos baseados na concentração do interior da solução. Este fato trás consequências
em relação à urgência de se acelerar ações para mitigar o aumento da presença de CO2
na atmosfera tendo em vista reduzir o aparecimento da chuva ácida e acidificação dos
oceanos.