Prêmio Nobel de Química de 2025
(nobelprize.org)- Susumu Kitagawa, Richard Robson, Omar M. Yaghi receberam o Prêmio Nobel de Química de 2025 pelo desenvolvimento das estruturas metal-orgânicas (MOFs)
- MOFs são arquiteturas moleculares com grandes cavidades (cavities), com potencial para diversas aplicações como armazenamento de moléculas de água, captura de carbono, armazenamento de hidrogênio e remoção de poluentes
- O projeto inicial e a viabilização prática de MOFs inovadoras tornaram possível o desenvolvimento de dezenas de milhares de materiais químicos sob medida
- Ao contrário dos materiais convencionais, as MOFs se destacam por vantagens originais como flexibilidade, variedade de combinações moleculares e alta funcionalidade
- As MOFs apresentam novas soluções químicas para pesquisa e indústria e estão emergindo como um material-chave do século 21
Criando espaço para uma nova química: o Prêmio Nobel de Química de 2025
Visão geral
- O Prêmio Nobel de Química de 2025 foi concedido a Susumu Kitagawa, Richard Robson, Omar M. Yaghi
- Eles desenvolveram uma estrutura molecular inovadora chamada estruturas metal-orgânicas (MOF, Metal–Organic Frameworks)
- As MOFs são arquiteturas que contêm cavidades internas muito grandes, permitindo a entrada e saída de diversas moléculas
- Isso possibilita várias aplicações inovadoras, como extração de água do ar do deserto, remoção de poluentes, captura de dióxido de carbono e armazenamento de hidrogênio
Contexto de origem e conceito das MOFs
A ideia que começou com um modelo molecular de madeira (Richard Robson)
- Em 1974, Richard Robson criou um modelo molecular de madeira para o ensino de estudantes e se inspirou na forma como os átomos se ligam
- Ele concebeu a ideia de combinar íons metálicos que se ligam em quatro direções, como o carbono, com moléculas orgânicas de quatro braços
- Como resultado, criou pela primeira vez um cristal molecular ordenado com cavidades internas muito grandes
- Em 1989, ao apresentar essa estrutura inovadora, antecipou um novo método de projeto de materiais
Experimentos e proposta voltada para o futuro
- Robson fundiu diversos íons e moléculas para criar uma estrutura com cavidades e demonstrou experimentalmente que a troca de íons internos era de fato possível
- Essa estrutura apontou o potencial de expansão para novos materiais químicos, como catalisadores para reações químicas seletivas
- Na época, a estrutura era instável, mas sua visão voltada para o futuro inspirou pesquisadores posteriores
A abertura de caminho independente por Kitagawa e Yaghi
Kitagawa: “a utilidade do inútil”
- Susumu Kitagawa desenvolveu inicialmente estruturas moleculares porosas sem uma aplicação específica, sob o princípio de “a utilidade do inútil”
- Após apresentar, em 1992, uma estrutura bidimensional baseada em íons de cobre, em 1997 ele concretizou uma MOF tridimensional durável e capaz de armazenar gases
- Em comparação com as zeolites convencionais, as MOFs têm pontos fortes próprios como flexibilidade do material e diversidade das moléculas constituintes
- Em 1998, ao propor o conceito de flexibilidade das MOFs, apresentou um novo paradigma ao meio acadêmico
Yaghi: a obstinação pelo projeto em escala atômica
- Omar Yaghi cresceu em um ambiente difícil e desenvolveu uma curiosidade profunda pela estrutura molecular
- Em 1992, na Arizona State University, tentou um projeto molecular racional e apresentou uma MOF bidimensional combinando íons metálicos e moléculas orgânicas
- Em 1995, propôs pela primeira vez o termo “metal–organic framework”, passando a liderar de fato o campo das MOFs
- Em 1999, desenvolveu o material emblemático MOF-5, demonstrando sua inovação ao oferecer, com apenas 2 a 3 g, uma área de superfície interna do tamanho de um campo de futebol
- Entre 2002 e 2003, provou que era possível projetar MOFs com diversos tamanhos de cavidade de maneira vantajosa
Aplicações e impacto das MOFs
Uso inovador em várias frentes
- As MOFs podem ser projetadas sob medida em escala molecular, permitindo dezenas de aplicações de alta funcionalidade, como absorção de água, armazenamento de gases, liberação de fármacos, captura de gases tóxicos e decomposição de poluentes
- O grupo de Yaghi demonstrou possibilidades práticas de uso, como a extração de água do ar do deserto
- Materiais MOF como UiO-67, MIL-101, ZIF-8, CALF-20 e NU-1501 estão sendo testados experimentalmente na indústria para armazenamento de hidrogênio/dióxido de carbono, remoção de PFAS e extração de terras raras
Expectativa como material do futuro para o século 21
- As MOFs ainda estão em fase de pesquisa em pequena escala e produção de protótipos, mas a produção em massa e a comercialização já estão sendo impulsionadas com seriedade
- Elas também ganham destaque como soluções para problemas climáticos e ambientais, como armazenamento de gases nocivos na indústria eletrônica, captura de carbono e armazenamento de hidrogênio
- Muitos pesquisadores preveem que as MOFs se tornarão um novo material representativo do século 21
Principais premiados
- Susumu Kitagawa: nascido em 1951 em Kyoto, Japão; doutor pela Universidade de Kyoto; professor da Universidade de Kyoto
- Richard Robson: nascido em 1937 no Reino Unido; doutor pela Universidade de Oxford; professor da Universidade de Melbourne
- Omar M. Yaghi: nascido em 1965 em Amã, Jordânia; doutor pela Universidade de Illinois; professor da UC Berkeley
Informações adicionais
- Mais detalhes sobre o contexto científico e os materiais estão disponíveis em www.nobelprize.org
- Vídeos relacionados ao prêmio, palestras e informações sobre exposições podem ser consultados no site oficial do Nobel Prize Museum
Prêmio Nobel de Química de 2025 pelo desenvolvimento das estruturas metal-orgânicas
Susumu Kitagawa, Richard Robson, Omar M. Yaghi
“for the development of metal–organic frameworks”
© The Royal Swedish Academy of Sciences
1 comentários
Comentários do Hacker News
Parabeniza os premiados e comenta que é uma conquista realmente merecida Em resumo, materiais porosos parecidos com esponjas são úteis para aumentar a velocidade das reações e capturar/liberar moléculas (água, CO2, poluentes etc.), e quanto maior a área de superfície, maior o valor Antigamente usavam-se principalmente zeólitas (minerais aluminosilicatos naturais e sintéticos), mas as zeólitas sintéticas eram feitas quase na base de tentativa e erro Os MOFs (Metal-Organic Frameworks) podem ser projetados antecipadamente e têm áreas de superfície muito maiores que as zeólitas (as zeólitas costumam ter 20-400 m2/grama, enquanto os MOFs têm 1000-7000+ m2/grama) Os MOFs ainda são caros, então por enquanto não há muita alternativa além de usar zeólitas, mas a acessibilidade já melhorou a ponto de ser possível comprar MOFs até na Amazon, e há expectativa de que MOFs mais simples fiquem mais baratos no futuro
Uma história sobre um momento de "ahá!" me inspirou a lidar com ideias de forma física Peguei de volta umas bolas de madeira e montei um modelo molecular, percebendo que a informação estava escondida na posição dos buracos A forma e a estrutura corretas surgiram automaticamente, e isso levou à ideia de projetar novas estruturas moleculares usando as propriedades dos átomos
Lembra de uma anedota em <Surely You Must Be Joking, Mr. Feynman> em que Richard Feynman, quando estava sem ideias, ficou pensando ao ver um prato girando em um restaurante e acabou estudando uma relação matemática Na época, a matemática que ele calculou não tinha nenhum propósito especial, mas depois teve papel decisivo para ele ganhar o Nobel Passa a mensagem de que nunca se deve subestimar o poder do brincar
Esses materiais realmente parecem uma versão do mundo real de uma esponja de Menger, com uma área de superfície interna gigantesca Conta que, há 15 anos, durante um estágio em uma empresa de catalisadores de dessulfurização (catalisadores que removem compostos de enxofre do petróleo bruto para que o combustível não fique com mau cheiro), fez alguns MOFs estáveis ao ar e fáceis de manusear Como as reações entre o fluido e o catalisador acontecem na superfície do catalisador, quanto maior a área de superfície, maiores a velocidade e a eficácia da reação Reproduziu alguns MOFs seguindo artigos científicos e lembra que todos na empresa ficaram chocados com o tamanho absurdo da área de superfície interna Diz que só repetiu o experimento e mediu a área de superfície, mas mesmo assim recebeu a avaliação máxima, agradecendo a Yaghi e à equipe que criaram os MOFs, e guardando isso como uma ótima lembrança
Levanta a dúvida de que experimentar essas coisas é ótimo, mas que para uso industrial real talvez seja preciso se preocupar com royalties caros por causa de patentes ou licenças
Reage de forma espirituosa à expressão "uma versão do mundo real de uma esponja de Menger com área de superfície interna gigantesca", como se dissesse que também sempre esteve nesse lugar
Como os MOFs foram um tema "quente" na química nos últimos 10 anos, o prêmio também não surpreende tanto assim; parabeniza os vencedores
Diz que a explicação foi muito bem escrita, mas há alguns pontos incômodos Incomoda o uso de um en dash em vez de hífen em ‘metal–organic’ e a falta de apóstrofo possessivo em “the ions and molecules inherent attraction…”
Diz que a segunda falta de apóstrofo é apenas um erro de digitação, mas a primeira, o uso de en dash, está corretíssima e fica muito boa Como no exemplo da Wikipedia, o en dash é usado para expressar relações, e é impressionante ver o uso consistente de en dash no artigo e no tuíte Referência da Wikipedia sobre en dash
Se a pessoa for sueca, não é muito natural lidar com apóstrofos em inglês, então é fácil errar ao escrever em inglês, e o contrário também vale
Hoje em dia quase ninguém sabe a diferença entre hífen, en dash e em dash, e com a mudança de fontes e conjuntos de caracteres no ambiente da internet surgem ainda mais erros Não se consolidou uma convenção como na era da máquina de escrever, em que '-' serviria para hífen e en dash, e ' -- ' para em dash A influência do Microsoft Word também é grande Ressalta que o erro do apóstrofo não tem desculpa
Sobre o <takumigokoro> do professor Kitagawa (匠心, espírito de artesão), diz que a história referenciada do taoísmo, em Zhuangzi, precisaria de mais explicação Conta a lenda do carpinteiro Luban, que construía estruturas complexas e úteis com grande habilidade, mas ao perseguir apenas a utilidade acabou não alcançando a imortalidade suprema que desejava Zhuangzi considera que Luban não percebeu “a utilidade da inutilidade”, mas na prática Luban acabou sendo venerado como um deus entre os artesãos
A forma mais legal de projetar materiais com química orgânica é criar seus próprios pequenos blocos de Lego e fazer com que eles se montem sozinhos em estruturas enormes
Se as aplicações práticas se concretizarem como esperado, o campo de uso dos MOFs será realmente impressionante
Conseguir água do ar até no deserto seria uma mudança enorme; fica a dúvida se o ar não ficaria seco demais, mas isso provavelmente poderia ser administrado
Dá para armazenar CO2 no subsolo e resolver o problema dos gases de efeito estufa, e a indústria do gás natural já tem tecnologia de captura de gases Bastaria encontrar uma forma de capturar apenas CO2 puro da atmosfera, e há expectativa de que os MOFs sejam a melhor tecnologia para viabilizar isso
Aponta que os recursos necessários para capturar CO2 puro da atmosfera seriam muito maiores do que se imagina
Pergunta se a tecnologia de extrair água do ar poderia levar a desumidificadores melhores
As unidades usadas no artigo são confusas Por exemplo, algo como "alguns gramas de MOF-5 têm a área de um campo de futebol", mas grama é unidade de massa e campo de futebol é área bidimensional, então não fica claro qual é a relação entre os dois Fica imaginando se isso quer dizer que alguns gramas de MOF-5 conseguiriam armazenar gás suficiente para preencher um espaço do tamanho de um campo de futebol a 1 atmosfera, mas parece uma interpretação exagerada
Isso se refere à área de superfície interna. É parecido com calcular qual seria a área da superfície dos buracos dentro de 10 g de queijo suíço
Fica mais fácil entender se você imaginar um cobertor muito fino do tamanho de um campo de futebol sendo amassado até virar uma bolinha minúscula