Nova forma de gelo descoberta inesperadamente durante experimento

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A pesquisa ilustra o quanto os cientistas ainda precisam aprender sobre uma molécula tão simples quanto a água.

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Por Kenneth Chang

Agitada e resfriada – mas não mexida – a água congelada comum se transforma em algo diferente: uma forma recém-descoberta de gelo feita de uma mistura de moléculas com propriedades únicas.

"Isso é completamente inesperado e muito surpreendente", disse Christoph Salzmann, professor de química da University College London, na Inglaterra, e autor de um artigo publicado na quinta-feira na revista Science que descreveu o gelo.

A água é uma molécula simples que tem sido intensamente estudada por cientistas há séculos: dois átomos de hidrogênio projetando-se em um ângulo de 104,5 graus em forma de V de um átomo de oxigênio central.

A nova descoberta mostra, mais uma vez, que a água, molécula sem a qual se sabe que não existe vida, ainda esconde surpresas científicas ainda por revelar. Este experimento empregou equipamentos relativamente simples e baratos para revelar uma forma de gelo que poderia existir em outras partes do sistema solar e em todo o universo.

Na vida cotidiana, encontramos três formas de água: um gás vaporoso como vapor, água líquida corrente e gelo duro e escorregadio. O gelo de nossa vida cotidiana consiste em moléculas de água alinhadas em um padrão hexagonal, e essas treliças hexagonais se empilham ordenadamente umas sobre as outras. A estrutura hexagonal não é bem compactada, e é por isso que o gelo é menos denso que a água líquida e flutua.

Com permutações de temperatura e pressão fora do que geralmente ocorre na Terra, as moléculas de água podem ser empurradas para outras estruturas cristalinas. Os cientistas agora conhecem 20 formas cristalinas de água. A 20ª forma de gelo foi descoberta no ano passado.

Além disso, os pesquisadores também documentaram dois tipos de gelo com moléculas confusas, o que eles chamam de materiais amorfos. Como um dos gelos amorfos é mais denso que a água, ele é conhecido como gelo amorfo de alta densidade; o outro, com densidade menor que a da água, é gelo amorfo de baixa densidade. Gelos amorfos não são encontrados na Terra, mas podem ser predominantes no espaço sideral, em cometas, nuvens interestelares e mundos gelados como Europa, uma lua de Júpiter.

Existe até um tipo de água que é líquida e sólida. Em 2018, os cientistas anunciaram a criação da “água superiônica”, que era simultaneamente sólida e líquida.

Dr. Salzmann e seus colegas não estavam olhando para adicionar ao catálogo de gelos de água. Em vez disso, eles queriam estudar cristais de gelo muito pequenos, porque pedaços minúsculos de algo às vezes possuem propriedades muito diferentes de pedaços maiores do mesmo material.

Assim, Alexander Rosu-Finsen, um cientista de pós-doutorado no grupo de pesquisa do Dr. Salzmann e principal autor do artigo da Science, começou a quebrar o gelo. O gelo de água foi primeiro resfriado em nitrogênio líquido a menos 320 graus Fahrenheit e depois colocado em um recipiente junto com bolas de aço. Uma máquina então sacudiu o gelo e as bolas de aço, ainda resfriadas em temperaturas ultrafrias, para frente e para trás a 20 vezes por segundo, pulverizando o gelo em pedaços minúsculos, um processo conhecido como moagem de bolas.

Pense nisso como uma coqueteleira de alta tecnologia.

A Dra. Rosu-Finsen então abriu o recipiente.

"Eis que algo completamente inesperado aconteceu", disse o Dr. Rosu-Finsen, que agora é editor associado da revista Nature Reviews Chemistry.

O material branco dentro parecia o que se esperaria de gelo esmagado, mas havia sido transformado.

O material agora era mais denso e grande parte da estrutura cristalina havia sido destruída, produzindo um material amorfo. A densidade, no entanto, não correspondia aos já conhecidos gelos amorfos de alta e baixa densidade. Curiosamente, ficou no meio; na verdade, era quase exatamente a mesma densidade da água líquida. Até agora, todas as formas sólidas de gelo, cristalinas ou amorfas, eram significativamente mais densas ou menos densas que a água líquida.