Atualizado 9 de outubro de 2025 por Sergio A. Loiola
O Nobel de Química 2025 foi para a molécula do sec XXI: Novos materiais conhecidos como estrutura metal-orgânica, com aplicações surpreendentes.
Diversas versões dessa nova classe de materiais já estão sendo usadas para coletar água do ar ambiente, capturar dióxido de carbono, armazenar hidrogênio e gases tóxicos, e catalisar reações químicas.
O Prêmio Nobel foi atribuído pela The Royal Swedish Academy of Sciences.
Veremos a seguir o que é a estrutura metal-Orgânico e como ela pode revolucionar diversas áreas no século XXI. Em Texto, Imagens e Vídeos:
Vídeo 1: Prêmio Nobel de Química 2025: MOFs (metal-organic frames)
Vídeo 2: Sua pesquisa investiga a estrutura de materiais porosos orgânicos?
Origens da inspiração e Características das Estruturas metal-orgânicas
O Prêmio Nobel de Química de 2025 foi concedido a três pesquisadores pela sintetização de compostos híbridos, unindo elementos metálicos e orgânicos, marcados por uma porosidade extrema, o que os torna úteis para uma infinidade de aplicações.
O prêmio foi concedido a Susumu Kitagawa, nascido em 1951 em Quioto, no Japão, atualmente professor na Universidade de Quioto, Richard Robson, nascido em 1937 em Glusburn, no Reino Unido, atualmente professor na Universidade de Melbourne, na Austrália, e Omar M. Yaghi, nascido em 1965 em Amã, na Jordânia e atualmente professor na Universidade da Califórnia de Berkeley, nos EUA.
Como tantas vezes acontece nas ciências, a história do Prêmio Nobel de Química de 2025 começa com alguém que pensou fora da caixa.
Desta vez, a inspiração veio durante os preparativos para uma aula clássica de química, na qual os alunos deveriam construir moléculas a partir de barras e bolas.
Era 1974. Richard Robson, que lecionava na Universidade de Melbourne, Austrália, tinha a tarefa de transformar bolas de madeira em modelos de átomos, para que os alunos pudessem criar estruturas moleculares.
Quando a oficina devolveu as bolas de madeira, ele testou a construção de algumas moléculas. Foi então que teve um momento de insight: havia uma vasta quantidade de informações incorporadas ao posicionamento dos furos.
As moléculas do modelo tinham automaticamente a forma e a estrutura corretas, devido à localização dos furos.
Vídeo 1: Prêmio Nobel de Química 2025: MOFs (metal-organic frames)
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Esse insight o levou à sua próxima ideia:
O que aconteceria se ele utilizasse as propriedades inerentes dos átomos para unir diferentes tipos de moléculas, em vez de átomos individuais? Ele conseguiria projetar novos tipos de construções moleculares?
Em 1989, Robson apresentou sua criação química inovadora no Journal of the American Chemical Society. Em seu artigo, ele especula sobre o futuro e sugere que isso poderia oferecer uma nova maneira de construir materiais.
Acontece que ele previu o futuro.
No entanto, as construções de Robson eram bastante frágeis e tendiam a se desintegrar. Muitos químicos as consideravam inúteis, mas alguns percebiam que ele estava no caminho certo e, para eles, suas ideias sobre o futuro despertaram um espírito pioneiro.
Aqueles que viriam a estabelecer uma base sólida para suas visões foram Susumu Kitagawa e Omar Yaghi. Entre 1992 e 2003, eles fizeram – separadamente – uma série de descobertas inovadoras.
Começaremos na década de 1990, com Kitagawa, que trabalhava na Universidade Kindai, no Japão.
O Resultado da cooperação com mais dois colegas que acreditaram no potencial inovador da novas estruturas surgiram as moléculas metal-orgânico.
Curiosamente, o que dá as propriedades distintas a esses compostos não é somente a sua estrutura química, mas a sua estrutura física, caracterizada por grandes espaços, por onde gases e outros elementos e compostos químicos podem fluir ou se acomodar com facilidade.
Essa nova família de materiais é conhecida como estrutura metal-orgânica, com diversas versões já sendo usadas para coletar água do ar ambiente, capturar dióxido de carbono, armazenar hidrogênio e gases tóxicos, e catalisar reações químicas.
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A contribuição de cada um? Quem fez o quê?
Tudo começou em 1989, quando Richard Robson combinou íons de cobre carregados positivamente com uma molécula de quatro braços, contendo um grupo químico que era atraído pelos íons de cobre na extremidade de cada braço.
Quando combinados, eles se ligaram para formar um cristal espaçoso e bem organizado. Era como um diamante repleto de inúmeras cavidades.
Robson reconheceu o potencial de sua construção molecular, mas ela era instável e colapsava facilmente.
Foram Susumu Kitagawa e Omar Yaghi que forneceram uma base sólida para esse método de construção.
Entre 1992 e 2003, eles fizeram, separadamente, uma série de descobertas revolucionárias. Kitagawa demonstrou que gases podem fluir para dentro e para fora das construções e previu que os MOFs poderiam ser flexíveis.
Yaghi criou um MOF muito estável e demonstrou que ele pode ser modificado usando um projeto racional, conferindo-lhe novas propriedades sob medida.
©Johan Jarnestad/Academia Real Sueca de Ciências
Desde então, foram sintetizadas dezenas de milhares de MOFs diferentes.
Alguns deles podem contribuir para a solução de alguns dos maiores desafios da humanidade:
Com aplicações que incluem a separação de plásticos da água, a decomposição de traços de produtos farmacêuticos no meio ambiente, a captura de dióxido de carbono ou a coleta de água do ar do deserto.
Vídeo 2: Sua pesquisa investiga a estrutura de materiais porosos orgânicos?
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A nova estrutura: Metais mais moléculas orgânicas
Nas estruturas metal-orgânicas – elas são também conhecidas por sua sigla em inglês MOFs (Metal-Organic Frameworks) – os íons metálicos funcionam como pilares ligados por longas moléculas orgânicas (à base de carbono).
Juntos, os íons metálicos e as moléculas se organizam para formar cristais que contêm grandes cavidades.
Isso é importante porque a área superficial do material fica enorme, o que facilita sua interação com outros materiais.
Variando os blocos de construção usados para fabricar cada MOF, torna-se possível projetá-los para capturar e armazenar substâncias específicas, para funcionarem como catalisadores, desencadear reações químicas ou conduzir eletricidade.
Trata-se de uma nova arquitetura molecular, que permite obter água do ar no deserto, extrair poluentes da água, capturar dióxido de carbono e armazenar hidrogênio, de acordo com o júri do Nobel.
Os quadros metal-orgânicos (MOF) contêm grandes cavidades pelas quais as moléculas podem entrar e sair. Kitagawa, Robson e Yaghi criaram os primeiros MOF e demonstraram seu enorme potencial.
Isto lançou as bases para os químicos projetarem dezenas de milhares dessas estruturas.
Os MOFs, dos quais se desenvolveram variedades funcionais dissimuladas, poderiam ser o material do século XXI.
Atualmente, eles já são utilizados para conter alguns dos gases tóxicos associados à produção de semicondutores.
Outros, por exemplo, fazem parte de ensaios relacionados com a possibilidade de reduzir emissões, separar metais raros em águas residuais e catalisar reações químicas.
Novas estruturas moleculares com grande potencial transformador.
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